[发明专利]基于单反射面天线的Geo-SAR卫星正侧视成像姿态角计算方法

说明书

本发明公开了基于单反射面天线的Geo‑SAR卫星正侧视成像姿态角计算方法，首先通过星地几何关系建模，明确了产生SAR卫星斜视角形成和偏移的机理，并仿真分析了典型轨道参数下地球同步轨道SAR的斜视角特性，然后基于SAR卫星零多普勒面矢量解析算法，计算二维俯仰滚动导引方法需要调整的俯仰角和滚动角，以及进行导引后的斜视角值；本方法提出的俯仰滚动二维姿态导引算法，可以精确计算卫星所需要调整的俯仰角和滚动角，所需要调整的姿态角度比二维偏航导引法降低至少1个量级，卫星机动速度至少提高1个量级。

技术领域

本发明属于地球同步轨道微波遥感卫星总体设计的技术领域，具体涉及一种基于单反射面天线的Geo-SAR卫星正侧视成像姿态角计算方法。

背景技术

当卫星运行在轨道六根数确定的地球同步轨道时，受地球自转影响会产生偏航角，进一步在轨道偏心率作用下产生俯仰角，在二者共同作用下，卫星波束会产生恒定周期的斜视角，该角度会随着卫星轨道位置不同而周期性变化。为了实现卫星正侧视，需要校正雷达波束中心使其恒垂直于卫星航向，减少接收数据中的距离/方位耦合，降低了数据处理难度。目前常规的方法是通过波束电切换指向或者卫星姿态控制的方法直接补偿偏离的偏航角和俯仰角。

目前公开文献可查阅到的星载SAR姿态导引方法，都是基于二体运动模型，通过矢量方程联立，计算卫星的偏航角和俯仰角偏移量，进而进行相应的二维偏航导引。如果是相控阵体制的SAR卫星，可通过相控阵天线波控系统，直接调整波束指向，间接补偿偏航和俯仰偏移量；如果是反射面体制SAR卫星，一般通过卫星控制系统，调整卫星偏航和俯仰姿态，直接补偿偏航和俯仰偏移量。目前在轨服役的低轨SAR卫星采用的都是以上方法。

目前，地球同步轨道SAR以其高机动、大幅宽、快重访的优势，成为国内外研究热点。该卫星同样面临由于地球自转和轨道偏心率导致的偏航角和俯仰角偏移问题，因此要达到正侧视成像的目的，同样需要通过姿态导引完成正侧视成像控制。常规低轨SAR卫星二维偏航导引技术，同样可以应用于地球同步轨道SAR，并达正侧视成像的效果。然而，由于地球同步轨道SAR的轨道特点，其偏航角通常比低轨SAR卫星大至少1个量级，且该角度变化速率极快，因此需要研究新的方法解决这一问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种基于单反射面天线的Geo-SAR卫星正侧视成像姿态角计算方法，能够精确计算卫星达到正侧视所需要调整的俯仰角和滚动角。

实现本发明的技术方案如下：

一种基于单反射面天线的Geo-SAR卫星正侧视成像姿态角计算方法，卫星偏航、俯仰和滚动三轴需要调整的偏航角为0，需要调整的俯仰角为θ_pitch，需要调整的滚动角为θ_roll；

其中，H是卫星高度，P是斜视情况下波束中心地面落点，γ是下视角，θ_d是地斜角。

有益效果：

本发明提出的基于俯仰滚动二维姿态角导引的算法，可以将地球同步轨道SAR的姿态调整角度减小1个量级，极大缩短了卫星调姿时间，提高卫星的快速反应能力，降低卫星控制系统研制难度，节省卫星研制成本，并进一步带来很好的社会经济效益和军事效益。

附图说明

图1为偏航角和俯仰角与斜视角的几何关系示意图。

图2为在3种典型轨道参数下，无姿态控制时地球同步轨道SAR的斜视角值。

图3为在3种典型轨道参数下，地球同步轨道SAR的偏航角和俯仰角计算结果，(a)为偏航角，(b)为俯仰角。

图4为在3种典型轨道参数下，二维偏航导引之后地球同步轨道SAR的斜视角值。