地球同步轨道SAR“凝视”成像波束指向控制分析.pdf

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1、第14卷第23期2014年8月科学技术与工程Vo1．14No．23Aug．2014l671—1815(2014)23—0066—07ScienceTechnologyandEngineering⑥2014Sci．Tech．Engrg．地球同步轨道SAR“凝视”成像波束指向控制分析黄颜颜胡文龙，江冕’'朱雪莹’’张浩龙’'(中国科学院空间信息处理与应用系统技术重点实验室；中国科学院电子学研究所；中国科学院大学，北京100190)摘要针对地球同步轨道星载合成孔径雷达(geosynchronoussyntheticapertureradar，GEOSAR)

2、“凝视”成像，分析其天线波束指向控制需求，定义天线波束二维指向角，提出天线波束二维步进式指向控制及同步与非同步控制方法，是一种有效地实现GEOSAR天线波束控制的方法。应用成对回波理论分析天线波束二维指向控制对回波信号的影响，波束指向被控造成回波方位向信号的幅度调制，引起成对回波，定量分析波束指向控制步长与成对回波幅度和位置之间的关系，提出成对回波性能指标，为GEOSAR“凝视”天线波束指向控制步长的合理设计提供了依据。最后通过计算机仿真验证了理论分析的正确性。关键词地球同步轨道SAR波束指向波束指向控制成对回波中图法分类号TN957；文献标志码A地

3、球同步轨道SAR(geosynchronoussynthetic鉴低轨SAR聚束模式天线波束指向控制方法，提出ape~ureradar，GEOSAR)是一种新体制星载SAR，适用于GEOSAR“凝视”成像的波束二维步进指向1978～1983年由KiyoTomiyasu首先提出¨，近年控制方法。来得到广泛关注和研究。与低轨SAR相比，1．1天线波束二维指向角GEOSAR重访周期短、覆盖面广，最重要的是，可为了分析地球同步轨道SAR“凝视”成像天线，以利用星地相对运动和天线波束指向控制构成“凝在此给出天线波束指向角的定义。如图1所示，卫视”成像工作方式，

4、实现对地面固定目标长时间持星星下点的连线SO与视轴方向sT的夹角0定义续性成像观测。为使GEOSAR波束长时间“凝视”为距离向指向角，卫星速度方向与视轴方向sT同一片区域，需要对GEOSAR天线波束进行指向控的夹角0。定义为方位向指向角，右侧视时为正，左制，但是目前并没有相关研究。侧视时为负。其中，卫星相对地球的运动在地心地关于低轨星载SAR聚束模式和TOPSAR天线固坐标系中进行描述。该坐标系以地心为坐标系原波束指向控制的研究已经很多卜_“j，它们合成孔径点，轴位于赤道平面，正方向指向格林尼治子午时间短，近似为直线运动，通常情况下只需要沿运动线，z

5、轴为地球自转轴，正方向指向北极方向，l，轴方向进行一维控制。但GEOSAR“凝视”成像工作符合右手定则¨。方式合成孔径时问长，存在复杂的非直线相对运动，表1GEOSAR仿真参数使得低轨SAR一维波束指向控制方法不再完全适Table1GEOSARsimulationfigure用，需要提出新的二维波束指向控制方法。1天线波束指向控制的数学模型要实现GEOSAR“凝视”成像，需要分析天线波束指向需求，定义二维波束指向角，针对GEOSAR“8”字形星下点轨迹，分析指向角的变化规律。借表2三个目标点Table2Longitudeandlatitudeofta

6、rgets2014年3月13日收到第一作者简介：黄颜颜(1987一)，女，硕士。研究方向：雷达信号与信息处理。E—mail：huangerda@163．COrn。68科学技术与工程14卷』——目———‘毫＼／／，、＼、＼／／{，／—立．

7、

8、}＼／／，V时问m／＼／／／》，／／、／l；／／／图3指向角变化Fig．3Antennabeampointingangle式(7一)。中圣，为测绘带方叵位向或距离向宽度，为天线波束控制比率J，是地距向或方位向速度。=0时，为理想情况，天线波束视角持续变化；=1时间／0(b)同步控制时为的极大值；若>1天线波束移出成

9、像区域，图4步进控制波束指向变化图将不满足“凝视”模式天线波束指向控制的要求。Fig．4Antennabeampointinganglewith在GEOSAR“凝视”成像工作方式中，由式(3)steppedsteering可以得出方位向与距离向控制步长分别为~aW6rWaaar2天线波束指向控制对回波信号的影tt0a：=————；to：=———(L86)ar响分析式(8)中，、为测绘带方位向、距离向宽度，按照成对回波理论，天线波束指向被控，会使回是卫星速度在方位向分量，是卫星速度在地距向波的幅度产生调制，影响回波信号¨。下面针对均分量，占占为天线方位

10、向、距离向波束控制比率，匀加权的天线，分别分析方位向和距离向GEOSAR其中0≤≤1，0≤≤1。“凝视”天线