本發(fā)明涉及一種基于敏捷合成孔徑雷達(dá)(以下簡稱為sar)衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動的馬賽克模式實現(xiàn)方法，尤其適用于采用集中饋電的反射面體制敏捷sar衛(wèi)星實現(xiàn)馬賽克模式.
背景技術(shù)：
：馬賽克模式是一種新興的sar工作體制，它距離向通過天線波束在不同子測繪帶之間切換實現(xiàn)寬測繪帶成像，方位向通過波束反向掃描實現(xiàn)高分辨率成像，它的工作原理如圖1所示.馬賽克模式結(jié)合了scansar模式寬測繪帶和聚束模式高分辨率的特點(diǎn)，所以馬賽克模式也被稱為聚束版的scansar。敏捷sar衛(wèi)星依靠姿態(tài)控制系統(tǒng)控制衛(wèi)星整體繞俯仰、橫滾、偏航3個軸向擺動，實現(xiàn)馬賽克模式成像所需的方位向波束掃描，而馬賽克模式成像所需的距離向波束快速切換由天線系統(tǒng)有限的電掃描能力實現(xiàn)。urynaftaly和ronitlevy-nathansohn在ieeegeoscienceandremotesensingletters上發(fā)表了《overviewofthetecsarsatellitehardwareandmosaicmode》一文，對馬賽克模式的原理進(jìn)行了介紹，同時給出了馬賽克模式子測繪帶全分辨率圖像連續(xù)的基本條件。劉光炎和孟喆在微波學(xué)報上發(fā)表了《合成孔徑雷達(dá)mosaic模式系統(tǒng)性能分析》一文，對馬賽克模式的基本原理和頻譜特性進(jìn)行了一定的分析.韓曉磊、李世強(qiáng)等在宇航學(xué)報上發(fā)表的《基于敏捷衛(wèi)星平臺的星載sarmosaic模式研究》一文，對基于敏捷衛(wèi)星平臺的星載sar馬賽克模式系統(tǒng)設(shè)計方法和性能進(jìn)行了分析。但上述分析均是在小掃描角基礎(chǔ)上進(jìn)行的，沒有充分考慮精確的軌道和地球模型，并且未在馬賽克模式的系統(tǒng)需求與衛(wèi)星的姿態(tài)角之間建立直接的聯(lián)系，更為重要的是完全沒有考慮軌道彎曲和姿態(tài)機(jī)動造成的波束足印旋轉(zhuǎn)對拼接的影響，不適用于需要大掃描范圍的高分寬幅馬賽克模式.通過敏捷sar衛(wèi)星實現(xiàn)高性能指標(biāo)的馬賽克模式時，需要較長的成像時間，期間衛(wèi)星的運(yùn)動軌跡不能簡化為直線，存在彎曲，導(dǎo)致波束地面足印發(fā)生旋轉(zhuǎn)。此外，該模式還需要較大的整星姿態(tài)機(jī)動范圍，同樣導(dǎo)致波束地面足印發(fā)生大角度旋轉(zhuǎn)。馬賽克模式不同子測繪帶之間的切換通過電掃描實現(xiàn)，而這種掃描一般僅能在波束地面足印方向進(jìn)行(如圖2所示)。這時波束地面足印的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致子測繪帶間切換僅能沿不同的傾斜方向進(jìn)行，最終導(dǎo)致馬賽克模式整體圖像呈現(xiàn)倒梯形，且方位向存在間隙，不能實現(xiàn)無縫拼接(如圖3所示)。因此，需要在高精度衛(wèi)星軌道和地球模型的基礎(chǔ)上，充分考慮波束指向和地面足印的旋 轉(zhuǎn)問題，通過控制衛(wèi)星的姿態(tài)使馬賽克模式不同子成像塊沿相同的方向排布和切換，實現(xiàn)馬賽克模式成像區(qū)域無縫拼接，得到高分辨率寬測繪帶星載sar圖像.技術(shù)實現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的問題以及克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出了一種基于敏捷sar衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動的馬賽克模式實現(xiàn)方法，該方法依靠敏捷sar衛(wèi)星姿態(tài)控制系統(tǒng)控制衛(wèi)星整體繞俯仰、橫滾、偏航3個軸向擺動，實現(xiàn)馬賽克模式成像所需的方位向波束掃描，并依靠天線系統(tǒng)有限的電掃描能力實現(xiàn)馬賽克模式成像所需的距離向波束快速切換.該方法充分考慮精確的軌道和地球模型，根據(jù)馬賽克模式需求性能指標(biāo)和成像幾何設(shè)計敏捷sar衛(wèi)星的瞄準(zhǔn)點(diǎn)和工作時序，通過整星的橫滾和俯仰機(jī)動得到成像所需的波束指向，通過整星的偏航機(jī)動控制雷達(dá)波束地面足印方向，通過電掃描實現(xiàn)距離向波束快速切換。保證了馬賽克模式不同子成像塊之間的無縫拼接，為基于衛(wèi)星平臺姿態(tài)機(jī)動實現(xiàn)高分辨率寬測繪帶星載sar馬賽克模式成像提供一種經(jīng)濟(jì)、高效的實現(xiàn)途徑。本發(fā)明提出的基于敏捷sar衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動的馬賽克模式實現(xiàn)方法包含三個主要步驟，分別為總體參數(shù)計算、中間子成像塊參數(shù)計算、其他子成像塊參數(shù)遞推計算.具體如下：步驟1——總體參數(shù)計算1.1計算使成像場景中心回波信號多普勒中心為零的中心時刻根據(jù)星歷數(shù)據(jù)和場景中心坐標(biāo)，計算星載sar場景中心回波信號的多普勒頻率，再將多普勒中心為零的時刻確定為成像中心時刻。1.2計算中心時刻波束指向場景中心時的參考足印方向向量將中心時刻雷達(dá)波束指向場景中心時的波束地面足印方向矢量確定為其他所有子成像塊的波束地面足印參考方向向量.1.3計算所需子測繪帶數(shù)根據(jù)星歷數(shù)據(jù)、成像場景位置確定成像幾何關(guān)系，確定達(dá)到需求成像范圍所需的子測繪帶數(shù).步驟2——中間子成像塊參數(shù)計算2.1計算中間子成像塊成像時間根據(jù)成像幾何和需求分辨率，計算中間子成像塊所需的成像時間。2.2計算中間子成像塊波束地面足印移動距離根據(jù)成像拼接條件，確定中間子成像塊波束地面足印移動距離。2.3確定中間子成像塊瞄準(zhǔn)點(diǎn)與瞄準(zhǔn)時序規(guī)劃根據(jù)中間子成像塊場景中心位置，沿參考足印方位向平均分配足印移動距離.并按保證地面足印勻速運(yùn)動的準(zhǔn)則，為成像時間平均分配不同的瞄準(zhǔn)點(diǎn)，使瞄準(zhǔn)點(diǎn)和成像時間一一對應(yīng)，完成中間子成像塊瞄準(zhǔn)點(diǎn)和時序規(guī)劃.2.4計算實現(xiàn)波束指向所需的橫滾角和俯仰角根據(jù)波束地面足印方向、成像瞄準(zhǔn)點(diǎn)和時序，結(jié)合星歷數(shù)據(jù)，計算滿足指向需求的橫滾角和俯仰角。2.5將參考足印方向向量變換到軌道坐標(biāo)系下根據(jù)星歷數(shù)據(jù)，將參考波束地面足印方向向量變換到軌道坐標(biāo)系下。2.6利用得到的橫滾角和俯仰角計算中間向量根據(jù)得到的橫滾角和俯仰角，以及軌道坐標(biāo)系下的波束地面足印方向向量，計算波束地面足印方向向量由軌道坐標(biāo)系向星本體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化的中間向量。2.7利用中間向量計算需求偏航角通過控制后的波束地面足印方向向量與期望波束地面足印方向向量相等構(gòu)建方程，計算需求偏航角。2.8計算方位向成像范圍利用計算得到的姿態(tài)角信息、星歷數(shù)據(jù)和地面足印移動距離等，計算得到的中間子成像塊方位向有效長度。步驟3——其他子成像塊參數(shù)遞推計算本部分通過遞推計算得到馬賽克模式所有子成像塊參數(shù)，其中前一個子成像塊的計算結(jié)果將作為下一個子成像塊計算的輸入?yún)?shù)，直到方位向成像范圍滿足需求為止。3.1增加一組子成像塊馬賽克模式需要進(jìn)行方位向拼接，因此，當(dāng)中間子成像塊參數(shù)計算完成后，增加一組子成像塊，通過后續(xù)步驟計算相應(yīng)參數(shù)。3.2計算邊界位置波束瞄準(zhǔn)點(diǎn)根據(jù)前一子成像塊設(shè)計結(jié)果，計算該子成像塊的起始時刻或結(jié)束時刻瞄準(zhǔn)點(diǎn)。3.3計算子成像塊成像時間根據(jù)成像幾何和需求分辨率，計算本子成像塊的成像時間。3.4計算子成像塊波束地面足印移動距離根據(jù)成像拼接條件，計算本子成像塊波束足印移動距離。3.5確定子成像塊瞄準(zhǔn)點(diǎn)與瞄準(zhǔn)時序規(guī)劃根據(jù)邊界位置波束瞄準(zhǔn)點(diǎn)和波束地面足印移動距離，完成本子成像塊瞄準(zhǔn)點(diǎn)和時序規(guī)劃。3.6計算實現(xiàn)波束指向所需的橫滾角和俯仰角與步驟2.4采用相同的方法，計算所需的橫滾角和俯仰角。3.7將參考足印方向向量變換到軌道坐標(biāo)系下與步驟2.5采用相同的方法，將參考足印方向向量變換到軌道坐標(biāo)系下。3.8利用橫滾角和俯仰角計算中間向量與步驟2.6采用相同的方法，利用橫滾角和俯仰角計算中間向量。3.9利用中間向量計算需求偏航角與步驟2.7采用相同的方法，利用中間向量計算需求偏航角.3.10計算方位向成像范圍利用得到的姿態(tài)角信息、星歷數(shù)據(jù)和地面足印移動距離等，計算該子成像塊方位向有效長度。再通過累加計算得到方位向總長度。3.11判斷是否滿足成像范圍需求判斷方位向總長度是否滿足需求，如未達(dá)到需求，增加一組子成像塊，重新執(zhí)行步驟3，直到成像范圍滿足需求。因此，與現(xiàn)有技術(shù)相比，采用本發(fā)明可以實現(xiàn)以下的有益效果：1)充分考慮了衛(wèi)星軌道和地球表面的彎曲特性影響，以及馬賽克模式星載sar工作特點(diǎn)，為高分辨率寬覆蓋星載sar成像提供了一種經(jīng)濟(jì)、高效的實現(xiàn)方式；2)充分考慮波束指向和波束地面足印的旋轉(zhuǎn)問題，通過控制敏捷sar衛(wèi)星的姿態(tài)使馬賽克模式不同子成像塊沿相同的方向排布，再通過小范圍電掃描使波束在不同子測繪帶間切換，實現(xiàn)馬賽克模式成像區(qū)域無縫拼接；3)通過瞄準(zhǔn)點(diǎn)和時序規(guī)劃設(shè)計，將場景中心點(diǎn)回波多普勒信號為零的時刻設(shè)為整個成像時間的中心，保證了回波信號多普勒中心變化范圍最小，降低了數(shù)據(jù)處理難度，因此無需再單獨(dú)進(jìn)行姿態(tài)導(dǎo)引；4)從馬賽克模式中心子成像塊的中心位置開始，向兩邊遞推計算，前一個子成像塊的計算結(jié)果作為下一個子成像塊的計算輸入，直到滿足方位向成像覆蓋需求，這樣的計算過程充分考慮了不同子成像塊的幾何變化，既保證了成像區(qū)域的無縫拼接，又降低了不同子成像塊之間的冗余，實現(xiàn)了成像效率的最大化；5)通過控制距離向子測繪帶數(shù)得到滿足需求的測繪帶寬，通過迭代計算得到滿足需求的方位向成像范圍，通過控制子成像塊的駐留時間得到滿足需求的方位向分辨率。附圖說明圖1是馬賽克模式的工作原理示意圖；圖2是馬賽克模式下的波束地面足印切換方向的示意圖；圖3是馬賽克模式下的波束地面足印控制必要性的說明圖；圖4是本發(fā)明的基于敏捷sar衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動的馬賽克模式實現(xiàn)方法的流程圖；圖5是本發(fā)明的基于敏捷sar衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動的馬賽克模式實現(xiàn)方法的實施驗證的流程圖；圖6示出了本發(fā)明實施例的馬賽克模式需求姿態(tài)角的計算結(jié)果；圖7是未進(jìn)行足印方向控制的馬賽克模式地面波束覆蓋結(jié)果的示意圖；以及圖8采用足印方向控制后的馬賽克模式地面波束覆蓋結(jié)果的示意圖。具體實施方式應(yīng)了解，本發(fā)明方法通過控制距離向子測繪帶數(shù)得到滿足需求的測繪帶寬度；通過整星姿態(tài)機(jī)動實現(xiàn)馬賽克模式成像所需的方位向波束掃描，和圖像拼接所需的波束地面足印方向；通過天線系統(tǒng)有限電掃描能力實現(xiàn)馬賽克模式成像所需的距離向波束快速切換；通過遞推計算得到滿足需求的方位向成像范圍；通過控制子成像塊的駐留時間得到滿足需求的方位向分辨率。下面結(jié)合附圖及具體實施方式對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。具體地，本發(fā)明的基于敏捷sar衛(wèi)星姿態(tài)機(jī)動的馬賽克模式實現(xiàn)方法的流程如圖4所示，具體包含以下步驟。步驟1——總體參數(shù)計算1.1計算使成像場景中心回波信號多普勒中心為零的中心時刻為了保證整個成像過程中回波信號多普勒中心為零，降低數(shù)據(jù)處理難度，提高成像質(zhì)量，需要根據(jù)星歷數(shù)據(jù)和場景中心坐標(biāo)，計算場景中心回波信號的多普勒頻率，再將多普勒中心為零的時刻確定為成像中心時刻。sar場景中心回波信號的多普勒頻率可通過下式計算得到：其中，為地心慣性坐標(biāo)系下衛(wèi)星的位置矢量，為地心慣性坐標(biāo)系下瞄準(zhǔn)點(diǎn)的位置 矢量，為地心慣性坐標(biāo)系下衛(wèi)星的速度矢量，為地心慣性坐標(biāo)系下瞄準(zhǔn)點(diǎn)的速度矢量，λ為載波波長，rst為衛(wèi)星與瞄準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離。根據(jù)上式可以得到場景中心回波多普勒中心值，進(jìn)而得到中心值為零的星歷時刻。本步驟保證了回波信號多普勒中心變化范圍最小，因此后續(xù)無需再單獨(dú)進(jìn)行姿態(tài)導(dǎo)引。1.2計算中心時刻波束指向場景中心時的參考足印方向向量為了保證馬賽克模式所有子成像塊能夠無縫拼接，得到連續(xù)的整體圖像，需要所有子成像塊沿相同方向排布(如圖3所示)。同時為了保證后續(xù)校正波束地面足印方向所需的偏航角對稱分布且其值最小，將中心時刻雷達(dá)波束指向場景中心時的波束地面足印方向向量確定為其他所有子成像塊的波束地面足印參考方向向量.根據(jù)場景中心點(diǎn)坐標(biāo)和成像中心時刻星歷數(shù)據(jù)，計算得到波束在中心時刻指向場景中心所需的橫滾角和俯仰角，并將偏航角設(shè)置為零.設(shè)天線的電掃描角分別為正/負(fù)半波束寬度，在stk軟件中可以得到遠(yuǎn)/近兩個地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)在地球固連坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，根據(jù)這兩個瞄準(zhǔn)點(diǎn)可以計算波束地面足印方向向量，即，(vx，vy，vz)＝(t1_x，t1-y，t1-z)-(t2_x，t2-y，t2-z)(2)其中，(vx，vy，vz)為地球固連坐標(biāo)系下波束地面足印方向向量，(t1_x，t1-y，t1-z)為瞄準(zhǔn)點(diǎn)1在地球固連坐標(biāo)系下坐標(biāo)，(t2_x，t2-y，t2-z)為瞄準(zhǔn)點(diǎn)2在地球固連坐標(biāo)系下坐標(biāo)。1.3計算所需子測繪帶數(shù)為了達(dá)到需求的測繪帶寬度，需要根據(jù)星歷數(shù)據(jù)、成像場景位置確定成像幾何關(guān)系，進(jìn)而結(jié)合天線參數(shù)，確定達(dá)到需求成像范圍所需的子測繪帶數(shù).根據(jù)星地幾何關(guān)系、天線波束寬度和子測繪帶間的重疊度，可以計算得到不同子測繪帶數(shù)對應(yīng)的總測繪帶寬度，計算公式如下：其中，θr_1為天線第i個波位的距離向波束寬度，rm_i為第i個子測繪帶的中心斜距，αr為子測繪帶間重疊度，nr為子測繪帶數(shù)。再根據(jù)需求的總測繪帶寬度，可以得到最終的距離向子測繪帶數(shù)nr。步驟2——中間子成像塊參數(shù)計算2.1計算中間子成像塊成像時間合成孔徑雷達(dá)方位向分辨率由成像幾何及成像時間確定，為了獲得需求的分辨率指標(biāo)，需要根據(jù)成像幾何和需求分辨率計算所需的成像時間，計算公式如下其中，vg為零多普勒線掃過地面的速度，kwa為多普勒信號處理加權(quán)擴(kuò)展因子，fa為多普勒調(diào)頻率，由以下公式(5)計算得到：其中，為地心慣性坐標(biāo)系下衛(wèi)星的加速度矢量，為地心慣性坐標(biāo)系下瞄準(zhǔn)點(diǎn)的加速度矢量.將成像時間長度ts對稱分布于成像中心時刻t0兩側(cè)，成像時間范圍為2.2計算中間子成像塊波束地面足印移動距離馬賽克模式通過波束地面足印連續(xù)移動擴(kuò)展方位向成像范圍，實現(xiàn)方位向拼接，同時避免了波束指向跳變，使通過機(jī)械掃描實現(xiàn)馬賽克模式成為可能。對于中間子成像塊，可根據(jù)成像拼接條件確定波束足印移動距離，具體如下：其中αa為方位向相鄰子成像塊之間的重疊度，lf波束地面足印長度，tt為波束在兩個子測繪帶間切換所需的時間。2.3確定中間子成像塊瞄準(zhǔn)點(diǎn)與瞄準(zhǔn)時序規(guī)劃根據(jù)中間子成像塊場景中心位置，沿參考足印方位向平均分配足印移動距離。并按保證地面足印勻速運(yùn)動的準(zhǔn)則，為成像時間平均分配不同的瞄準(zhǔn)點(diǎn)，使瞄準(zhǔn)點(diǎn)和成像時間一一對應(yīng)，完成中間子成像塊瞄準(zhǔn)點(diǎn)和時序規(guī)劃。需要注意，后續(xù)自步驟2.4至步驟2.7，需要按瞄準(zhǔn)點(diǎn)和時序規(guī)劃結(jié)果，逐點(diǎn)進(jìn)行計算。2.4計算實現(xiàn)波束指向所需的橫滾角和俯仰角根據(jù)波束地面足印參考方向向量和成像瞄準(zhǔn)點(diǎn)及時序規(guī)劃結(jié)果，結(jié)合星歷數(shù)據(jù)，可以計算得到滿足需求的姿態(tài)角信息。首先根據(jù)星歷數(shù)據(jù)和需求瞄準(zhǔn)點(diǎn)，計算得到1-2-3轉(zhuǎn)序下需要的橫滾角θroll和俯仰角θpitch。需要注意的是，對于機(jī)械掃描的敏捷sar衛(wèi)星而言，1-2-3轉(zhuǎn) 序下，橫滾角θroll和俯仰角θpitch可以通過波束指向需求完全確定.2.5將參考足印方向向量變換到軌道坐標(biāo)系下地球固連坐標(biāo)系下的參考波束地面足印方向向量(vx，vy，vz)已由步驟1計算得到.根據(jù)星歷數(shù)據(jù)可以將其變換到軌道坐標(biāo)系下為(vx_vvlh，vy_vvlh，vz_vvlh)，為后續(xù)步驟提供輸入。2.6利用得到的橫滾角和俯仰角計算中間向量根據(jù)計算得到的橫滾角θroll和俯仰角θpitch，以及軌道坐標(biāo)系下的波束地面足印方向向量(vx_vvlh，vy_vvlh，vz_vvlh)，可以計算波束地面足印方向向量由軌道坐標(biāo)系向星本體坐標(biāo)系轉(zhuǎn)化的中間向量(vx_m，vy_m，vz_m)，即軌道坐標(biāo)系下波束地面足印方向向量經(jīng)過橫滾坐標(biāo)轉(zhuǎn)移和俯仰坐標(biāo)轉(zhuǎn)移后得到的向量，由下式得到：2.7利用中間向量計算需求偏航角為了控制雷達(dá)波束地面足印沿參考足印方向排布，需要控制衛(wèi)星偏航機(jī)動，以此實現(xiàn)波束地面足印方向控制。通過控制后的波束地面足印方向矢量與期望波束地面足印方向矢量相等構(gòu)建方程，如下：其中θyaw為偏航角，cy、cz為未知常數(shù)，與計算結(jié)果無關(guān)。根據(jù)向量首項為零，可得如下方程：vx_mcos(θyaw)+vy_msin(θyaw)＝0(9)解方程可以得到需求偏航角，具體如下：至此，完成了波束地面足印方向控制所需姿態(tài)角的計算，得到了滿足需求的偏航角θyaw。實際應(yīng)用中，僅需要按照1-2-3轉(zhuǎn)序，分別旋轉(zhuǎn)橫滾角θroll、俯仰角θpitch、偏航角θyaw，既可以得到滿足需求的波束指向和地面足印方向.2.8計算方位向成像范圍利用計算得到的姿態(tài)角信息、星歷數(shù)據(jù)和地面足印移動距離等，可以計算中間子成像塊方位向有效長度，如下：le＝lf-lm(11)步驟3——其他子成像塊參數(shù)遞推計算本部分通過遞推計算得到馬賽克模式所有子成像塊參數(shù)，其中前一個子成像塊的計算結(jié)果將作為下一個子成像塊計算的輸入?yún)?shù)，直到方位向成像范圍滿足需求為止.3.1增加一組子成像塊馬賽克模式需要進(jìn)行方位向拼接，因此，當(dāng)中間子成像塊參數(shù)計算完成后，增加一組子成像塊，通過后續(xù)步驟計算相應(yīng)參數(shù)。如增加后得到的方位向成像范圍仍未滿足設(shè)計需求，則需要再增加一組子成像塊，重復(fù)本步驟，直到滿足需求。需要注意的是，增加的子成像塊需要以中間子成像塊為中心對稱分布，以此保證所得圖像對稱，成像效率最高。3.2計算邊界位置波束瞄準(zhǔn)點(diǎn)對于中間位置以前的子成像塊，以它后一個已經(jīng)設(shè)計完成的子成像塊起始位置姿態(tài)角和姿態(tài)角速度參數(shù)為輸入(此處計算時可假設(shè)波束切換時間內(nèi)姿態(tài)角速度為常數(shù)，簡化計算)，計算該子成像塊的結(jié)束時刻和結(jié)束時刻瞄準(zhǔn)點(diǎn)(可通過衛(wèi)星仿真工具包(satellitetoolkit，以下簡稱為stk)軟件得到)。對于中間位置以后的子成像塊，以它前一個已經(jīng)設(shè)計完成的子成像塊結(jié)束位置姿態(tài)角和姿態(tài)角速度參數(shù)為輸入，計算該子成像塊的起始時刻和起始時刻瞄準(zhǔn)點(diǎn)。值得注意的是，為了保證需求姿態(tài)角曲線在整個成像過程中保持平滑，利于工程實現(xiàn)，在計算瞄準(zhǔn)點(diǎn)時沒有考慮距離向電掃描角的影響，均以中心波束指向為準(zhǔn)進(jìn)行計算。3.3計算子成像塊成像時間根據(jù)公式(4)、(5)可以計算本子成像塊的成像時間，需要注意的是，公式(5)中的rst應(yīng)采用本子成像塊內(nèi)衛(wèi)星與瞄準(zhǔn)點(diǎn)之間的距離。3.4計算子成像塊波束地面足印移動距離按照公式(6)可以計算本子成像塊波束地面足印移動距離.3.5確定子成像塊瞄準(zhǔn)點(diǎn)與瞄準(zhǔn)時序規(guī)劃對于中間位置以前的子成像塊，需從結(jié)束時刻和瞄準(zhǔn)點(diǎn)向前分布瞄準(zhǔn)位置和成像時間，而對于中間位置以后的子成像塊，需從起始時刻和瞄準(zhǔn)點(diǎn)向后分布瞄準(zhǔn)位置和成像時間，進(jìn)而完成本子成像塊瞄準(zhǔn)點(diǎn)和時序規(guī)劃。同樣需要注意，后續(xù)自步驟3.6至步驟3.9，需要按瞄準(zhǔn)點(diǎn)和時序規(guī)劃結(jié)果，逐點(diǎn)進(jìn)行計算。3.6計算實現(xiàn)波束指向所需的橫滾角和俯仰角與步驟2.4采用相同的方法，可以計算所需的橫滾角和俯仰角.3.7將參考足印方向向量變換到軌道坐標(biāo)系下與步驟2.5采用相同的方法，可以將參考足印方向向量變換到軌道坐標(biāo)系下.3.8利用橫滾角和俯仰角計算中間向量與步驟2.6采用相同的方法，可以利用橫滾角和俯仰角計算中間向量.3.9利用中間向量計算需求偏航角與步驟2.7采用相同的方法，利用中間向量計算需求偏航角.3.10計算方位向成像范圍利用得到的姿態(tài)角信息、星歷數(shù)據(jù)和地面足印移動距離等，可以根據(jù)公式(11)計算該子成像塊方位向有效長度。再通過累加計算得到方位向總長度，計算公式如下：其中，na為方位向子成像塊數(shù)，le_i為第i組子成像塊的有效成像長度。本部分計算應(yīng)在所有子測繪帶同時進(jìn)行，所有子測繪帶中方位向總長度最短的長度作為最終的方位向總長度。3.11判斷是否滿足成像范圍需求判斷方位向總長度是否滿足需求，如未達(dá)到需求，增加一組子成像塊，重新執(zhí)行步驟3，直到成像范圍滿足需求。注意，可以通過matlab和stk軟件聯(lián)合仿真，驗證本發(fā)明提出方法的有效性，驗證流程如圖5所示。首先，根據(jù)輸入?yún)?shù)表，按本發(fā)明提出的方法，在matlab軟件中計算實現(xiàn)需求指標(biāo)的馬賽克模式所需的波束地面足印方向、子測繪帶數(shù)和姿態(tài)角等參數(shù)。然后，將這些參數(shù)計算結(jié)果導(dǎo)入stk軟件，顯示敏捷sar衛(wèi)星馬賽克模式實現(xiàn)情況，并將得到的馬賽克模式指標(biāo)信息輸回matlab軟件，進(jìn)行性能分析。另外，由于stk軟件的正確性已經(jīng)經(jīng)過工程驗證，它的分析結(jié)果能準(zhǔn)確地反映衛(wèi)星運(yùn)動規(guī)律，故上述仿真實驗具有較高的可信度。以下的表1給出了輸入?yún)?shù)表，以及表2給出了輸出參數(shù)表.表1參數(shù)數(shù)值軌道長半軸(km)7078.14軌道偏心率0.01軌道傾角(°)98.19近地點(diǎn)幅角(°)0升交點(diǎn)赤經(jīng)(°)0歷元時刻19jan201904：00：00.000距離向波束寬度(°)0.35方位向波束寬度(°)0.2期望場景中心緯度(°)12.1期望場景中心經(jīng)度(°)169.9期望分辨率(m)0.8期望方位向成像場景范圍(km)50期望距離向成像場景范圍(km)50表2參數(shù)數(shù)值成像起始星歷時刻19jan201904：01：50.040成像結(jié)束星歷時刻19jan201904：05：45.890期望波束地面足印方向向量(地球固連坐標(biāo)系)(0.12，0.96，-0.24)距離向子測繪帶數(shù)5方位向子成像塊數(shù)13控制需要的橫滾角(°)52.76～54.70控制需要的俯仰角(°)-31.78～31.93控制需要的偏航角(°)-45.59～45.27方位向成像范圍(km)61距離向成像范圍(km)54～67注意，仿真實驗的敏捷sar衛(wèi)星馬賽克模式輸入?yún)?shù)如表1所示，而根據(jù)本發(fā)明提出的方法，得到實現(xiàn)馬賽克模式所需的指標(biāo)參數(shù)，參見表2。其中，為實現(xiàn)50km×50km場景的0.8m分辨率成像，距離向需要5條子測繪帶，方位向需要13個子成像塊。圖6為以軌道系為參考系，1-2-3轉(zhuǎn)序下實現(xiàn)上述馬賽克模式所需的姿態(tài)角?？梢钥吹今R賽克模式成像過程中，為了實現(xiàn)無縫拼接，偏航機(jī)動范圍達(dá)到-45.59°～45.27°。為了實現(xiàn)方位向雷達(dá)波束掃描，俯仰機(jī)動范圍達(dá)到-31.78°～31.93°，而橫滾機(jī)動最小，機(jī)動范圍為 52.76°～54.70°，僅需機(jī)動1.94°。將馬賽克模式指標(biāo)參數(shù)導(dǎo)入stk軟件，通過stk軟件中虛擬敏捷sar衛(wèi)星實現(xiàn)馬賽克模式，驗證本發(fā)明提出方法的正確性和有效性。首先作為對比，采用傳統(tǒng)設(shè)計方法，未進(jìn)行波束地面足印方向控制，得到馬賽克模式的地面波束足印覆蓋結(jié)果，如圖7所示?？梢娢催M(jìn)行波束地面足印方向控制，馬賽克模式的地面波束足印覆蓋區(qū)呈現(xiàn)嚴(yán)重的倒梯形，且在近端存在不連續(xù)區(qū)間，難于滿足實際應(yīng)用需求。再將通過本發(fā)明方法計算得到的指標(biāo)參數(shù)導(dǎo)入stk軟件，得到馬賽克模式的地面波束足印覆蓋結(jié)果，如圖8所示?？梢姷玫降鸟R賽克模式地面波束足印覆蓋區(qū)近似為矩形，實現(xiàn)了二維無縫拼接，它的方位向成像長度為61km，距離向成像寬度在54km～67km之間變化，其中場景中心位置成像寬度大于場景邊緣，但都能滿足覆蓋需求，這證明了本發(fā)明方法的有效性。因此，本發(fā)明將場景中心點(diǎn)回波多普勒信號為零的時刻設(shè)為整個成像時間的中心，保證了回波信號多普勒中心變化范圍最小，降低數(shù)據(jù)處理難度，因此無需再單獨(dú)進(jìn)行姿態(tài)導(dǎo)引.考慮了波束地面足印方向的影響，整個成像過程中，通過控制整星姿態(tài)，使所有子成像塊具有相同的波束地面足印方向，保證了整個成像區(qū)域的無縫拼接.另外，通過控制整星的橫滾機(jī)動和俯仰機(jī)動，實現(xiàn)馬賽克模式成像所需的波束指向，并通過控制整星的偏航機(jī)動，得到馬賽克模式圖像拼接所需的波束地面足印方向。最后，本發(fā)明從中間子成像塊開始，向兩邊遞推計算，前一個子成像塊的計算結(jié)果作為下一個子成像塊的計算輸入，直到滿足方位向成像覆蓋需求，這樣的計算過程充分考慮了不同子成像塊的幾何變化，既保證了成像區(qū)域的無縫拼接，又降低了不同子成像塊之間的冗余，實現(xiàn)了成像效率的最大化。本發(fā)明中未說明部分屬于本領(lǐng)域的公知技術(shù)。當(dāng)前第1頁12