[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

说明书

本发明公开了一种中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法。根据中高轨道SAR卫星的轨道半长轴等参数，利用STK仿真中高轨道SAR卫星轨道；基于仿真的卫星位置及速度与实际地面点地理坐标，计算成像时刻星地之间的理论多普勒频率及斜距参数，构建星地间理论几何关系；根据仿真需求将斜距测量误差、卫星速度误差、卫星位置误差等误差参数以单一或者多种组合的形式加入到RD模型参数中，构建虚拟仿真的星地几何关系；根据几何模型反算，计算像方坐标，通过虚拟真实成像环境，根据几何模型正算，计算物方坐标，对各个影响目标点的定位精度进行分析。本发明方法具有虚拟仿真特点，可以为中高轨SAR卫星设计和指标论证提供参考。

技术领域

本发明属于遥感卫星图像处理领域，尤其是涉及一种中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法。

背景技术

当前在轨合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)卫星均为低轨(LowEarth Orbit,LEO)SAR卫星，其轨道高度在2000千米以内。由于轨道高度受限，其覆盖区域小、测绘带窄、重复观测周期长，在很大程度上限制了其应用。而中轨(Middle EarthOrbit，MEO)SAR轨道高度介于2000千米～20000千米，高轨(High Earth Orbital，HEO)SAR轨道高度在20000千米以外。中高轨道对某一特定区域的重返周期短，对地观测范围宽，但是其功率消耗高、体积较大以及发射成本较高。因此对于中高轨道SAR卫星的研究大多停留在理论层面。

美国宇航局NASA(national aeronauties and space administration)和美国喷气推进实验室JPL(jet propulsion laboratory)是最早提出并部署中轨SAR的研究单位，在系统可行性论证、系统参数设计、天线技术、地震灾害监测应用等方面展开了前瞻性研究。意大利空间中心的F.Rocca等人基于一种极其特殊的双战同步轨道卫星构型(同步轨道电视广播卫星作为发射机、地表固定接收机)，对高轨SAR干涉测量方法进行了研究。而在国内，西安科技大学、北京理工大学、中科院电子所等单位在中高轨SAR系统参数、成像处理、同步技术及轨道设计等方面有初步探索。而卫星设计和这些指标的论证需要进行几何精度分析，所以研究中高轨道几何定位精度仿真分析很有必要。

综上，针对中高轨SAR几何定位精度仿真需求，本发明提出一种中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法。根据中高轨道SAR卫星设计的轨道半长轴、轨道偏心率以及轨道倾角等参数，利用卫星工具软件包(Satellite Tool Kit，STK)仿真中高轨道SAR卫星轨道；基于仿真的卫星位置及速度与实际地面点地理坐标，计算成像时刻星地之间的理论多普勒频率及斜距参数，构建星地间理论几何关系；根据仿真需求将方位向时间误差、多普勒中心频率误差、目标高度误差、斜距测量误差、卫星速度误差、卫星位置误差等误差参数以单一或者多种组合的形式加入到RD模型参数中，构建虚拟仿真的星地几何关系；根据几何模型的反算，计算像方坐标，再通过虚拟真实成像环境，根据几何模型正算，计算物方坐标，对各个影响目标点的定位精度进行分析。

发明内容

本发明针对目前无在轨运行的中高轨道SAR卫星，为了辅助卫星设计和指标论证的问题，提供一种中高轨道SAR卫星几何定位精度仿真分析方法。本发明成果可以应用于中高轨SAR卫星设计与指标论证领域。为实现上述目的，本发明包括以下步骤：

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)和视角大小可以预测雷达波束覆盖地球表面范围，并在成像范围内选取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等参数；