InSAR编队卫星全零多普勒姿态导引研究.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI第31卷2014年第6期文童编号：1006—1630(2014)06—0018—04InSAR编队卫星全零多普勒姿态导引研究槐超，王文妍(上海航天控制技术研究所，上海200233)摘要：推导一种新的InSAR编队卫星全零多普勒姿态导引方法。由从星多普勒中心频率，给出了偏航角和俯仰角的解析表达式。仿真结果表明：理论上该法在距离向上可使SAR天线中心完全指向零多普勒线。关键词：InSAR编队；合成孔径雷达；多普勒中心频率；姿态导引中图分类号：V448．2文献标志码：ATotalZe

2、roDooplerSteeringforSatellitesinInSARFormationHUAIChao。WANGWen—yan(ShanghaiAerospaceControlTechnologyInstitute，Shanghai200233，China)Abstract：AnewtotalzeroDopplersteeringwasderivedinthispaper．Theanalyticexpressionsofyawangleandpitchangleweregivenoutaccordingtothe

3、Dopplercentroidfrequencyoftheslavesatellite．ThesimulationresultsshowedthatthecenterofSARantennacouldbepointedtozeroDopplerlinecompletelybyusingthismethodintheory．Keywords：InSARformation；Syntheticapertureradar；Dopplercentroidfrequency；Attitudesteering0引言SAR卫星的多普勒

4、特性是决定雷达方位向性能的主要因素，直接影响雷达方位向分辨率、PRF的选择。多普勒中心频率不准确将降低信噪比，增加方位模糊度，出现输出图像位置偏移，影响图像的定位。在星载SAR中，由于地球曲率及自转的存在，导致多普勒中心偏移，典型的偏移值远高于系统脉冲重复频率口]。除采用杂波锁定等直接估计回波信号多普勒中心的方法解决多普勒中心偏移外，还可在数据阶段进行获取处理，偏航导引等导引方法即基于此思路。通过对卫星合理的姿态导引，降低多普勒中心频率，简化后期图像处理过程。单星SAR姿态导引角的推导均由卫星发射信号的多普勒历程出发，

5、得出回波信号中回波延迟产生的相位关系，进而推导多普勒中心频率的公式[2]。此公式是卫星和地面目标相对位置、速度关系的函数，而卫星的相对位置、速度关系则隐含了卫星的姿收稿日期：2013-Ol一09；修回日期；2013-03-15作者简介：槐超(1988一)，男，硕士生，主要研究方向为编队飞行控制、卫星姿态控制。态角信息。通过分析公式，找出合理的姿态角，降低多普勒中心频率。文献[3—4]对降低多普勒中心的导引方式进行了研究，分别提出偏航导引和二维导引方式，并在卫星工程中应用，但此两种方法均未能准确分析全零多普勒产生的原因，

6、因此无法实现理论上的全零多普勒导引，当未来的卫星成像质量的要求越来越高时，其应用可能会受局限。InSAR编队是由数颗SAR卫星组成的卫星编队系统。在系统中，主从星间保持一定的空间构形，形成合理的测量基线，协同工作实现单星SAR系统难以完成的地形高程测量、动目标检测等任务。对双星InSAR编队，主星发射电磁波、主从星同时接收电磁波。主星信号的多普勒历程与传统单星SAR相同，因此多普勒中心频率的计算公式也将相同，可用传统的姿态导引方法。但对从星，接收到的是由主星发射、经地面目标点反射回从星的信号，多普勒历程发生了变化，相应

7、的多普勒中心频率的计算公式也有变化。在此状况下，原姿态导引方法对从星的适用性亟待论证，但相关研究较少。本文对InSAR编队卫星全零多普勒姿态导引进行了研究。第31卷2014年第6期槐超，等：InSAR编队卫星全零多普勒姿态导引研究1InSAR从星多普勒中心频率1．1从星多普勒中心频率如图1所示：S。为主星，Sz为从星，T为地面目标。S，发射的电磁波经T反射到S：。设R。．(￡)，Rs。(￡)为卫星位置矢量；Rr(￡)为地面目标随时间t变化的位置矢量，则雷达与地面目标的斜距R。(￡)=Rs．(￡)一RT(￡)．(1)式中

8、：i一1，2，分别代表主星和从星。图1双星编队工作模式Fig．1OperationmodeofInSARformation分析SAR回波信号相位历程时，对一个孔径时间内的信号，令波束中心照射目标的时刻t一0，则有R。(￡)一Ri+Vit+0．5aft2．(2)式中：R。，n，口。分别为t一0时两颗卫星与地面目标的相对距离、速度和加