[发明专利]星载滑动聚束SAR卫星姿态和PRF序列设计方法

权利要求书

1.一种星载滑动聚束SAR卫星姿态机动策略和PRF序列设计方法，其特征在于，进行三轴姿态机动控制波束指向，将总的数据获取时长分为N_b个burst，N_b表示burst的总个数，每个burst采用不同的脉冲重复频率，使回波能够全部落在接收窗中，包括有以下步骤：

步骤1，计算初始数据获取时长T_on：构建以O_rot为聚焦中心的滑动聚束几何模型，并根据SAR正侧视条带模式的方位分辨率ρ_strip和滑动聚束模式的方位分辨率ρ_spot确定滑动因子α，根据滑动聚束SAR几何模型和滑动因子α求出聚焦中心O_rot的初始位置，根据卫星飞行距离与波束足迹在地面滑动速度的比值求出初始数据获取时长T_on，此时求得的数据获取时长T_on是个近似值，需要进行迭代求其精确值；

步骤2，确定卫星姿态角：利用Z_B轴指向与波束指向平行的关系求解Z_B轴指向，通过约束多普勒中心频率距离向空变最小求解Y_B轴指向，确定了卫星本体坐标系三轴指向后利用换算关系即可求出卫星姿态角，最终实现了卫星姿态机动策略；确定卫星姿态角，其子步骤为：

2a)确定卫星本体坐标系坐标轴指向，卫星本体坐标系为笛卡尔直角坐标系，坐标轴之间符合右手定则：

2a.1)求卫星本体坐标系中Z_B轴的单位矢量e_z(t)：根据卫星本体坐标系中Z_B轴指向与波束指向矢量平行，求Z_B轴的单位矢量e_z(t)；

2a.2)求解卫星本体坐标系Y_B轴的单位矢量e_y(t)：通过约束多普勒中心距离向空变最小求解卫星本体坐标系Y_B轴的单位矢量e_y(t)，最理想情况是卫星当前时刻位置矢量R_S、当前时刻波束覆盖区域近端点的位置矢量T_n和当前时刻波束覆盖区域远端点的位置矢量T_f对应点构成的平面P1位于波束中心所在的多普勒面P2内，但非零多普勒面是以卫星速度矢量为转轴的圆锥曲面，令P1与P2相切来近似多普勒中心频率的导数为零，即

式中P_b(t)为t时刻波束中心矢量，V_S(t)为t时刻卫星速度矢量；

2a.3)求卫星本体坐标系X_B轴的单位矢量e_x(t)：求出e_z(t)和e_y(t)指向后，根据右手定则求卫星本体坐标系X_B轴的单位矢量e_x(t)；

2b)提取卫星姿态角：确定了卫星本体坐标系坐标轴指向后，根据常规的换算关系即可求出卫星姿态角；

步骤3，确定最终数据获取时长：根据数据获取时长T_on和卫星姿态角求出的观测场景方位向宽度与期望值的差，进而得到数据获取时间增量ΔT_on，利用ΔT_on迭代更新数据获取时长T_on，并更新聚焦中心位置，重复步骤1到步骤3进行迭代计算直到ΔT_on小于迭代门限，求出最终数据获取时长；确定最终数据获取时长的方法为：

根据卫星姿态角求出观测场景方位向宽度，该观测场景方位向宽度与期望值的差除以波束地面移动速度就是数据获取时间增量ΔT_on，如果数据获取时间增量ΔT_on大于门限g，g视任务要求而定，则更新数据获取时长T_on，并将聚焦中心位置O_rot(t)求解公式为

R_TS(t_m)＝R_T-R_S(t_m)

其中，θ_sq(t)为t时刻的波束中心斜视角，R_T和R_S(t_m)分别表示场景中心位置矢量和卫星在t_m时刻的位置矢量；

根据更新后的聚焦中心位置，重复步骤1到步骤3进行迭代计算，直至ΔT_on小于门限g时停止迭代；

步骤4，设计脉冲重复频率序列：根据卫星姿态角定位出每个数据获取时刻波束照射区域的最近点和最远点，得到回波的距离徙动量，根据距离徙动量将整个数据获取时长划分为N_b个burst，通过斑马图得到每个burst的脉冲重复频率，实现PRF序列设计；设计脉冲重复频率序列，具体为：

根据卫星姿态角定位出每个数据获取时刻上波束照射区域的最近点和最远点，得到回波的距离徙动量，将总数据获取时长划分成N_b个burst，使每个burst的距离徙动量都能被“接收窗”容纳；每个burst的脉冲重复频率的最大值PRF_max根据系统参数来确定，根据PRF_max和脉冲宽度τ、保护时间T_g求出接收窗宽度T_w，接受窗宽度T_w的表达式为

每个burst的PRF设计满足：

τ_SCENE,i+τ_RCM,i＜T_w,i,i＝1,2,3,...,N_b

其中τ_SCENE表示场景有效扫描宽度，τ_RCM表示RCM的持续时间，T_w表示接收窗宽度，下标i表示burst的编号，N_b表示burst的总个数；整个数据获取时长被分成N_b个burst后，通过斑马图得到每个burst的脉冲重复频率，得到的N_b个PRF组成星载滑动聚束SAR的PRF序列，完成了PRF序列设计。