[发明专利]一种SAR卫星非沿迹曲线成像方法

说明书

本发明提出了一种适用于SAR卫星观测非沿迹曲线场景的成像方法，能够克服传统成像方法由于沿迹约束无法高效观测斜向曲线场景的问题，解决了SAR卫星非沿迹曲线成像模式下的系统设计难题，可以实现对非沿迹斜向曲线场景的高效率、高分辨观测；以最大照射数量为准则拟合生成曲线波束脚印，并同时综合考虑了两种非沿迹场景走向的输入方式，解决了SAR卫星在传统沿迹模式观测下的波束脚印走向单一问题；轨道选取方法，结合非沿迹曲线波束脚印的下视角空变特性对轨道进行筛选，解决了SAR卫星非沿迹观测下的轨道选择问题；卫星构型设计方法，通过控制地表波束脚印中心移动速度，能够解决SAR卫星非沿迹成像中方位分辨率不均匀的问题。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)技术领域，具体涉及一种SAR卫星非沿迹曲线成像方法。

背景技术

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种主动式微波遥感雷达成像系统，其工作在卫星平台上，可以全天时全天候对地表进行高分辨观测。合成孔径雷达通过对持续照射目标积累的回波进行信号处理，有效利用目标回波中的多普勒频率带宽，等效地提升了方位向天线长度从而实现方位向高分辨。星载合成孔径雷达不受日照强度与天气等环境因素的限制，可以完成地形测绘、资源勘探与战场态势侦查等重要任务，在经济发展与国防建设发挥着重大作用。

传统星载合成孔径卫星的主要成像模式包括条带模式、聚束模式、滑动聚束模式、扫描模式与TOPS模式。条带模式是常规星载SAR最基本的成像模式，其天线无扫描，方位分辨率仅由天线方位尺寸决定，方位成像带宽度大；聚束模式中，波束凝视固定区域，方位分辨率可以很高，但成像带宽度较小，仅为地表波足尺寸；滑动聚束模式中，波束扫描使地表波束脚印移动速度慢于条带模式，方位分辨率比条带模式高，方位成像带宽度介于条带模式与聚束模式之间。扫描模式中，方位分辨率较条带模式更低，波束可在不同子成像带间切换，实现更大的距离成像带宽。TOPS模式中波束也可以在不同子成像带间切换，但地表波束脚印移动速度快于扫描模式，因此其相对于扫描模式可以实现更大的方位成像带宽。上述传统模式的成像带均沿卫星航迹方向分布，即均为沿迹直线成像带。其延展方向单一，观测方式不灵活。实际目标场景往往与卫星航迹方向存在一定观测夹角，且地理走向多变不规则，如海岸线、公路以及地震带等斜向曲线场景。传统成像模式的单一成像带往往难以完全覆盖这些目标场景。

若单一成像带无法完全覆盖目标区域，常规的解决办法是通过多条沿迹成像带拼接观测，有以下两种实现方式：

“单轨分时”观测：以牺牲方位分辨率为代价扩大距离成像带宽度，在单轨观测时间内在不同成像带之间进行波束切换，例如扫描模式或TOPS模式；

“多轨重访”观测：以极大牺牲观测效率与图像一致性为代价，卫星每轨重访分别对不同成像带成像，扩大距离向成像带宽度。

当场景较“胖”、且在距离、方位向都有较大延展时，采用多条沿卫星航迹的成像带进行拼接观测是可行的。然而，当场景较“瘦”、地理延展较大且不沿卫星航迹方向时，采用多条沿卫星航迹的成像带进行拼接观测则效能低下。在上述“单轨分时”、“多轨重访”分别导致的低方位分辨、长数采周期的问题外，还存在数据冗余大的共性问题：目标区域只占带拼接后成像带的很小比例，大量不感兴趣区域的回波亦会被同时存储与处理，导致星上大资源浪费。上述两种方法无法同时满足高观测效率与高分辨率两个观测需求，成为传统模式待解决问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的是提供一种SAR卫星非沿迹曲线成像方法，可以解决传统星载合成孔径雷达卫星对斜向曲线场景观测的问题。

一种SAR卫星非沿迹曲线成像方法，包括：

步骤一、根据输入的观测目标点或观测场景走向，生成波束脚印；

步骤二、根据所述波束脚印，选择出合适的卫星轨道观测弧段；