[发明专利]一种中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法

权利要求书

1.一种关于中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1：轨道仿真：根据设计的中高轨道SAR卫星轨道半长轴、轨道偏心率以及轨道倾角参数，通过STK软件的分析功能仿真计算获得中高轨道SAR卫星的位置及速度；

S2：成像区域仿真：用S1仿真的中高轨道SAR轨道参数，根据卫星的瞬时位置(包括星下点坐标及高度)和对仰角的限制可以预测雷达波束覆盖地球表面范围，任选成像范围内的某一地面点作为真实的参考目标点，其坐标为该真实的参考目标点坐标的真值；

S3：仿真理论的星地几何成像关系：用S1仿真的中高轨卫星的轨道参数和S2预测范围的真实地面点坐标，通过RD模型，计算出成像时刻的理论斜距及多普勒频率参数；

S4：构建虚拟真实成像环境的几何定位模型：根据仿真的需求，将待分析的误差参数，如DEM高程误差、方位时间同步误差、斜距误差、多普勒频率误差、卫星速度误差及卫星位置误差等误差参数以单一或多种组合的形式带入到S3中RD模型参数当中，构建虚拟仿真的星地几何关系；

S5：定位计算：根据S2的地面点坐标通过理论的几何定位模型，采用几何模型反算，计算出该点在SAR影像上的位置；根据该点地面点坐标对应的像方坐标，通过虚拟真实成像环境的几何定位模型，采用几何模型正算，计算出其物方坐标；

S6：误差分析：将S5重新计算的地面点坐标与S2的地面点坐标进行对比分析，分析各个误差对于中高轨道SAR卫星的几何定位精度影响。

2.根据权利要求1所述的一种关于中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法，其特征在于，所述的步骤S1包括以下步骤：

(1)根据中高轨道SAR卫星轨道的轨道半长轴、轨道偏心率以及轨道倾角等参数，利用STK软件仿真了一段轨道；轨道方程式如下：

式中，a是长半轴，e为偏心率，f为偏近点角。

(2)取某一时刻的WGS84坐标系下的卫星轨道数据作为成像时刻的SAR卫星轨道数据，得到卫星的位置矢量以及速度矢量，卫星位置矢量计算公式如下：

式中，P、Q是惯性系下的坐标分量，e为偏心率，E为偏近点角，a为半长轴；

而卫星速度矢量的基本公式如下：

式中，E为偏近点角，a为长半轴，e为偏心率，P、Q为惯性系下的坐标分量。

3.根据权利要求1所述的一种关于中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法，其特征在于，所述的步骤S2包括以下步骤：

(1)卫星在绕地运行中，需要不间断的与地面发送或获取相关信息，用中高轨道SAR成像参数，通过方程可以对覆盖区的范围以及经纬度进行表示，先根据下列计算式将球冠面半中心角β求解计算出来，然后根据球面几何关系得出下列球面三角方程函数式：

式中，λ为经度，为地理纬度，凡满足此方程的的点集合即为覆盖区域边界。

(2)在雷达波束覆盖的地球表面范围内，任选成像范围内的某一地面点作为真实的参考目标点，其坐标为该真实的参考目标点坐标的真值。

4.根据权利要求1所述的一种关于中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法，其特征在于，所述S3包括以下步骤：

根据S1仿真的中高轨道SAR卫星的卫星位置矢量和速度矢量以及S2真实地面点坐标，使用RD模型计算出成像时刻卫星和地面点的距离R以及该点对应的多普勒中心频率fD。RD模型公式如下：

式中，(X，Y，Z)为地面目标点的空间三维坐标，R_e与R_p分别为WGS84椭球的长半轴和短半轴，h为目标点的高程。R_SO、V_SO分别表示SAR卫星的空间位置矢量(X_S，Y_S，Z_S)和速度矢量(X_V，Y_V，Z_V)，R_AO表示地面目标的空间位置矢量，R表示卫星与目标点之间的距离，f_D表示SAR影像像元多普勒频移，λ表示SAR电磁波波长。