CN106093943B - 一种卫星观测方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例公开了一种卫星观测方法，包括：依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像；根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息。进一步的，本发明实施例公开了一种卫星观测系统。

Description

一种卫星观测方法及系统
技术领域
本发明涉及雷达监测领域的海洋观测技术，尤其涉及一种卫星观测方法及系统。
背景技术
随着微波技术的发展，通过微波对侦查物体进行成像的技术得到了广泛的应用，尤其是随着合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)在卫星上的搭载，使得通过卫星观测地面成为可能。
现有技术中，在通过卫星对地面进行观测时，SAR可以首先向地面发射微波，所述微波到达地面之后，经过地面的反射，形成回波信号，所述SAR可以接收到该回波信号，然后根据该回波信号进行成像，获取地面的图像。如果成像效果不好，很难起到观测的目的，尤其是对海洋的观测，需要长时间高品质因数的成像，所述SAR观测幅宽和分辨率的比值称为SAR的品质因数，品质因数越高，成像效果越好。
通常的，SAR可以通过脉冲压缩技术提高距离向分辨率，通过合成孔径技术提高方位向分辨率，所述方位向为搭载SAR的卫星星下点的运动方向，所述距离向为沿地球表面垂直于所述方位向并远离星下点的方向。但是，受到模糊的限制，SAR常规成像模式(条带模式、扫描模式等)品质因数约为10000，在品质因数固定的情况下，很难在获得高分辨率的同时获得较大的观测幅宽，导致在观测海洋时需要更多的SAR同时进行成像，观测成本较高。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明实施例期望提供一种卫星观测方法及系统，能够在保证高分辨率的基础上，提高观测幅宽，进而减小观测成本。
本发明的技术方案是这样实现的：
第一方面，本发明实施例提供一种卫星观测方法，包括：
依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；
根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像；
根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息。
可选的，所述依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号包括：
依次接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号，所述成像子区小于所述覆盖区域；
所述根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像包括：
根据每个波位成像子区的回波信号，生成所述每个波位的成像子区的图像；
所述根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息包括：
根据所述每个波位的成像子区的图像，获取被观测地区的观测信息。
可选的，所述成像子区的中心与所述覆盖区域的中心重合。
可选的，在所述依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号之前，所述方法还包括：
调整每个波位天线波束的中心指向，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿距离向的第一间隔相等。
可选的，在所述依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号之前，所述方法还包括：
调整每个波位成像开始至结束的时间，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿方位向的第二间隔相等。
第二方面，本发明实施例提供一种卫星观测系统，所述系统包括卫星观测装置和处理装置；
所述卫星观测装置用于依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；并将所述多个波位的覆盖区域的回波信号发送给所述处理装置；
所述处理装置根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像；根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息。
可选的，所述卫星观测装置具体用于：依次接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号，所述成像子区小于所述覆盖区域；
所述处理装置具体用于：根据每个波位成像子区的回波信号，生成所述每个波位的成像子区的图像；根据所述每个波位的成像子区的图像，获取被观测地区的观测信息。
可选的，所述成像子区的中心与所述覆盖区域的中心重合。
可选的，所述卫星观测装置具体用于：调整每个波位天线波束的中心指向，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿距离向的第一间隔相等。
可选的，所述卫星观测装置具体用于：调整每个波位成像开始至结束的时间，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿方位向的第二间隔相等。
本发明实施例提供了一种卫星观测方法及系统，所述方法包括：依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像；根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息。相较于现有技术，通过多个波位发射微波信号，可以获得多个波位对应的离散覆盖区域的成像，进而可以获取到每个覆盖区域的观测信息，由于海洋的洋面差异性较小，因此可以通过离散覆盖区域的观测信息拟合出未成像区域的观测信息，并且其观测幅宽是多个波位对应的离散覆盖区域沿距离向的和，在保证了成像分辨率的同时，提高了观测幅宽，进而减小了观测成本。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种卫星观测方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的一种卫星观测方法的示意图1；
图3为本发明实施例提供的一种卫星观测方法的示意图2；
图4为本发明实施例提供的一种卫星观测系统的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
本发明实施例提供一种卫星观测方法，应用于SAR，可以用于观测海洋。如图1所示，所述方法包括：
步骤101、依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔。
示例的，可以首先在星载SAR上设置多个波位，每个波位的波速、发射时间，波束的中心指向，合成孔径等参数不同，因此每个波位的覆盖区域也不同。具体的，如图2所示，卫星201上设置有SAR，所述SAR上设置有N个波位，分别为N1，N2，N3……Nn，所述方位向为卫星201的星下点A的运动方向，如图2中方向X方向所示；所述距离向为垂直于所述方位向X且沿地球表面远离星下点A的方向，如图2中方向Y方向所示，所述N个波位的覆盖区域分别为W1，W2，W3……Wn，其中，波位N1的覆盖区域W1的中心与波位N2的覆盖区域W2的中心沿距离向Y之间的第一间隔为P1，波位N2的覆盖区域W2的中心与波位N3的覆盖区域W3的中心沿距离向Y之间的第一间隔为P2，依次类推，可知，波位Nn-1的覆盖区域Wn-1的中心与波位Nn的覆盖区域Wn的中心沿距离向Y之间的第一间隔为Pn-1；波位N1的覆盖区域W1的中心与波位N2的覆盖区域W2的中心沿方位向X之间的第二间隔为Q1，波位N2的覆盖区域W2的中心与波位N3的覆盖区域W3的中心沿方位向X之间的第二间隔为Q2，依次类推，可知，波位Nn-1的覆盖区域Wn-1的中心与波位Nn的覆盖区域Wn的中心沿方位向X之间的第二间隔为Qn-1。
在采用卫星201的SAR观测海洋时，可以首先通过波位N1发射微波信号并采集海面回波，持续时长为t1，所述t1保证W1区域经历完整的合成孔径时间，所述合成孔径时间即目标区域经历天线波束主瓣照射所需的时间，在该时间内SAR持续接收回波信号；然后通过波位N2发射微波信号并采集海面回波，持续时长为t2，所述t2保证W2区域经历完整的合成孔径时间……最后通过波位Nn发射微波信号并采集海面回波，持续时长为tn，所述tn保证Wn区域经历完整的合成孔径时间。在分别获取到W1，W2……Wn的回波信号之后，可以再次通过波位N1发射微波信号并采集海面回波，持续时长为t1，进行下一个循环的成像。
由于在成像期间SAR是间歇性的发射微波，间歇期间SAR不发射大功率微波信号，不采集回波信号，使SAR处于低功耗工作状态，降低数据存储量，节约了卫星能源，可以进一步延长成像持续时间。
步骤102、根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像。
示例的，在对海洋进行观测时，由于不同覆盖区域的浪高不同，风场不同，在微波信号到达覆盖区域之后，会产生不同的回波信号，该回波信号的功率，频率，相位等信息反应了覆盖区域的特征，因此可以根据该回波信号对覆盖区域进行成像。例如，可以根据W1的回波信号，对W1进行成像，根据W2的回波信号，对W2进行成像，以此类推，根据Wn的回波信号，对Wn进行成像。
步骤103、根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息。
示例的，在观测海洋时，所述观测信息包括浪高、风场、海冰等参数。以浪高为例进行说明，可以根据W1的成像，获取W1的浪高，根据W2的成像，获取W2的浪高，然后定位W1和W2的地理位置，并通过插值，获取W1和W2之间区域的浪高，同样的，根据Wn-1的成像，获取Wn-1的浪高，根据Wn的成像，获取Wn的浪高，然后定位Wn-1和Wn的地理位置，并通过插值，获取Wn-1和Wn之间区域的浪高。所述插值可以为临近的两点插值，线性插值或三次样条插值等，本发明实施例对此不做限定。
这样一来，通过多个波位发射微波信号，可以获得多个波位对应的离散覆盖区域的成像，进而可以获取到每个覆盖区域的观测信息，由于海洋的洋面差异性较小，因此可以通过离散覆盖区域的观测信息拟合出未成像区域的观测信息，并且其观测幅宽是多个波位对应的离散覆盖区域沿距离向Y的和，在保证了成像分辨率的同时，提高了观测幅宽，进而减小了观测成本。
可选的，在依次接收多个波位覆盖区域的回波信号时，可以依次接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号，所述成像子区小于所述覆盖区域，然后根据每个波位成像子区的回波信号，生成所述每个波位的成像子区的图像，进而根据所述每个波位的成像子区的图像，获取被观测地区的观测信息。
示例的，由于海洋的洋面差异性较小，因此获取较小面积的成像即可获取附近区域的观测信息，因此可以不用接收每个波位完整的覆盖区域的回波信号，而是接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号即可进行成像。所述成像子区位于覆盖区域内部，并且小于所述覆盖区域，优选的，所述成像子区的中心与所述覆盖区域的中心重合。
如图3所示，W1的成像子区为K1，所述K1位于W1内部，且K1的中心与W1的中心重合；W2的成像子区为K2，所述K2位于W2内部，且K2的中心与W2的中心重合……Wn的成像子区为Kn，所述Kn位于Wn内部，且Kn的中心与Wn的中心重合。在进行观测时，可以首先通过波位N1发射微波信号并采集海面回波，持续时长为t1，所述t1保证K1区域经历完整的合成孔径时间，所述合成孔径时间即目标区域经历天线波束主瓣照射所需的时间，在该时间内SAR持续接收回波信号；然后通过波位N2发射微波信号并采集海面回波，持续时长为t2，所述t2保证K2区域经历完整的合成孔径时间……最后通过波位Nn发射微波信号并采集海面回波，持续时长为tn，所述tn保证Kn区域经历完整的合成孔径时间，对K1，K2……Kn的回波信号进行分成像，分别获取K1，K2……Kn的图像，并根据K1，K2……Kn的图像，获取K1，K2……Kn的观测信息，进而根据K1，K2……Kn的观测信息获取被观测地区的观测信息。这样一来，在成像期间SAR间歇时间长，间歇期间SAR不发射大功率微波信号，不采集回波信号，降低数据存储量，节约了卫星能源，可以进一步延长成像持续时间。
需要说明的是，在分别获取到K1，K2……Kn的回波信号之后，可以再次通过波位N1发射微波信号并采集海面回波，进行下一个循环的成像。
进一步的，在所述依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号之前，还可以首先调整每个波位天线波束的中心指向，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿距离向Y的第一间隔相等。
可选的，为了定位和计算的方便，可以在观测之前，合理调整每个波位天线波束的中心指向，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿距离向Y的第一间隔相等，所述波位天线波束的中心指向可以如图2中方向Z所示，每个波位天线波束的中心指向对应该波位覆盖区域的中心。例如，合理调整N1、N2和N3天线波束的中心指向，可以使得W1与W2沿距离向Y的第一间隔P1和W2与W3沿距离向Y的第一间隔P2相等，同样的，合理调整N2、N3和N4天线波束的中心指向，可以使得W2与W3沿距离向Y的第一间隔P2和W3与W4沿距离向Y的第一间隔P3相等，以此类推，可以使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿距离向Y的第一间隔相等。
若成像子区与覆盖区域的中心重合，通过合理调整每个波位天线波束的中心指向，可以使得每相邻两个波位的成像子区的中心沿距离向Y的第一间隔相等。
进一步的，在所述依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号之前，还可以首先调整每个波位成像开始至结束的时间，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿方位向X的第二间隔相等。
可选的，为了定位和计算的方便，也可以在在观测之前，合理调整每个波位的合成孔径时间，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿方位向X的第二间隔相等，例如，合理调整N1、N2和N3的合成孔径时间，可以使得W1与W2沿方位向X的第二间隔Q1和W2与W3沿方位向X的第二间隔Q2相等，同样的，合理调整N2、N3和N4的合成孔径时间，可以使得W2与W3沿方位向X的第二间隔Q2和W3与W4沿方位向X的第二间隔Q3相等，以此类推，可以使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿方位向X的第二间隔相等。
若成像子区与覆盖区域的中心重合，通过合理调整每个波位成像开始至结束的时间，可以使得每相邻两个波位的成像子区的中心沿方位向X的第二间隔相等。
本发明实施例提供了一种卫星观测方法，包括：依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像；根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息。相较于现有技术，通过多个波位发射微波信号，可以获得多个波位对应的离散覆盖区域的成像，进而可以获取到每个覆盖区域的观测信息，由于海洋的洋面差异性较小，因此可以通过离散覆盖区域的观测信息拟合出未成像区域的观测信息，并且其观测幅宽是多个波位对应的离散覆盖区域沿距离向的和，在保证了成像分辨率的同时，提高了观测幅宽，进而减小了观测成本。
本发明实施例提供一种卫星观测系统40，如图4所示，所述系统40包括卫星观测装置401和处理装置402；
所述卫星观测装置401用于依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；并将所述多个波位的覆盖区域的回波信号发送给所述处理装置402。
所述处理装置402根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像；根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息。
所述卫星观测装置401通常设置在卫星上，具体可以为星载SAR，所述处理装置402通常设置在地面的卫星测控中心，当卫星观测装置401获取到多个波位的覆盖区域的回波信号之后，可以通过无线传输的方式将所述多个波位的覆盖区域的回波信号发送给设置在地面的处理装置402，以便于处理装置402生成所述每个波位覆盖区域的图像，进而获取被观测地区的观测信息。
这样一来，卫星观测装置通过多个波位发射微波信号，因此处理装置可以获得多个波位对应的离散覆盖区域的成像，进而可以获取到每个覆盖区域的观测信息，由于海洋的洋面差异性较小，因此可以通过离散覆盖区域的观测信息拟合出未成像区域的观测信息，并且其观测幅宽是多个波位对应的离散覆盖区域沿距离向的和，在保证了成像分辨率的同时，提高了观测幅宽，进而减小了观测成本。
可选的，所述卫星观测装置401具体用于：依次接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号，所述成像子区小于所述覆盖区域；所述处理装置402具体用于：根据每个波位成像子区的回波信号，生成所述每个波位的成像子区的图像；根据所述每个波位的成像子区的图像，获取被观测地区的观测信息。
可选的，所述成像子区的中心与所述覆盖区域的中心重合。
可选的，所述卫星观测装置401具体用于：调整每个波位天线波束的中心指向，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿距离向的第一间隔相等。
可选的，所述卫星观测装置401具体用于：调整每个波位成像开始至结束的时间，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿方位向的第二间隔相等。
需要说明的是，所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
本发明实施例提供一种卫星观测系统，包括卫星观测装置和处理装置；所述卫星观测装置用于依次接收多个波位的覆盖区域的回波信号，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；并将所述多个波位的覆盖区域的回波信号发送给所述处理装置。所述处理装置根据每个波位覆盖区域的回波信号，生成所述每个波位覆盖区域的图像；根据所述每个波位覆盖区域的图像，获取被观测地区的观测信息。相较于现有技术，卫星观测装置通过多个波位发射微波信号，因此处理装置可以获得多个波位对应的离散覆盖区域的成像，进而可以获取到每个覆盖区域的观测信息，由于海洋的洋面差异性较小，因此可以通过离散覆盖区域的观测信息拟合出未成像区域的观测信息，并且其观测幅宽是多个波位对应的离散覆盖区域沿距离向的和，在保证了成像分辨率的同时，提高了观测幅宽，进而减小了观测成本。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种卫星观测方法，其特征在于，包括：
针对多个波位分别对应的离散覆盖区域，依次接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号，所述成像子区小于所述覆盖区域，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；
根据每个波位的成像子区的回波信号，生成所述每个波位的成像子区的图像；
根据所述每个波位的成像子区的图像，获取被观测地区的观测信息。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述成像子区的中心与所述覆盖区域的中心重合。
3.根据权利要求1或2任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述依次接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号之前，所述方法还包括：
调整每个波位天线波束的中心指向，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿距离向的第一间隔相等。
4.根据权利要求1或2任意一项权利要求所述的方法，其特征在于，在所述依次接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号之前，所述方法还包括：
调整每个波位成像开始至结束的时间，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿方位向的第二间隔相等。
5.一种卫星观测系统，其特征在于，所述系统包括卫星观测装置和处理装置；
所述卫星观测装置用于针对多个波位分别对应的离散覆盖区域，依次接收每个波位覆盖区域包括的成像子区的回波信号，所述成像子区小于所述覆盖区域，相邻两个波位覆盖区域的中心沿距离向存在第一间隔，沿方位向存在第二间隔；并将所述多个波位的覆盖区域的回波信号发送给所述处理装置；
所述处理装置根据每个波位的成像子区的回波信号，生成所述每个波位的成像子区的图像；根据所述每个波位的成像子区的图像，获取被观测地区的观测信息。
6.根据权利要求5所述的系统，其特征在于，所述成像子区的中心与所述覆盖区域的中心重合。
7.根据权利要求5或6任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述卫星观测装置具体用于：调整每个波位天线波束的中心指向，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿距离向的第一间隔相等。
8.根据权利要求5或6任意一项权利要求所述的系统，其特征在于，所述卫星观测装置具体用于：调整每个波位成像开始至结束的时间，使得每相邻两个波位的覆盖区域的中心沿方位向的第二间隔相等。
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