CN108802730A - 一种基于sar卫星的系统及应用模式 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种基于SAR卫星的系统，系统基本配置单元为“2+2”颗卫星，要求每颗卫星具备左右侧视成像能力，组对使用的2颗SAR卫星中，一颗具备宽幅扫描成像用于粗略观测、另一颗具备高分辨率精细成像模式用于详细成像，两星之间配备星间通信链路；卫星均采用1天回归地面轨迹重复低倾角轨道，四颗卫星的星下点地面轨迹一致，采用一种类似扎篱笆“>”的组合观测模式，通过合理配置升交点赤经和相位角，四颗卫星在较短时间内可对地面形成“◇”型区域进行观测。本发明利用SAR载荷多样的工作模式，结合合理的轨道设计，以较少的卫星数量、较低的构建成本，可以实现对关心区域范围的一种类似“扎篱笆”的动态、防御观测。

Description

一种基于SAR卫星的系统及应用模式
技术领域
本发明涉及一种宇航飞行器，具体地，涉及一种基于SAR卫星的系统及应用模式。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar-SAR，以下简称SAR)卫星，是一种主动向目标发射电磁波，利用接收来自目标发射回来的信号进行成像或探测的遥感卫星系统。作为一种有源探测系统，SAR卫星可不受光照和气候条件等限制，具备全天时、全天候成像能力，在国土监测、防灾减灾、环境保护、地理信息测绘等领域具有广泛的应用价值。
在SAR卫星的使用当中，高分辨率、宽测绘带宽是对地观测的主要追求目标。SAR图像的高分辨率一直是用户关心的首要问题，在这个问题上几乎有着永无止尽的需求；除了高分辨率，宽测绘带宽也是非常重要的。但是，星载SAR方位分辨率和距离测绘带宽是相互制约的两个技术指标，方位分辨率决定着PRF，PRF又决定着可用的回波连续录取的时间长度，这一时间长度决定着成像的幅宽。按着这种制约关系，分辨率越高时成像幅宽将越窄，一颗卫星很难同时兼顾。这就导致在SAR卫星实际应用中，常常需要构建SAR卫星星座系统来面对各种复杂的应用场合。此时，星座系统的卫星数量、构建方式、应用模式、观测效率、构建成本是需要重点考虑的问题。
发明内容
针对上述技术问题，本发明提供了一种基于SAR卫星的系统及应用模式，利用SAR载荷多样的工作模式，结合合理的轨道设计，以较少的卫星数量、较低的构建成本，可以实现对关心区域范围的一种类似“扎篱笆”的动态、防御观测。
为实现上述目的，本发明具体通过以下技术方案实现：
一种基于SAR卫星的系统，该系统基本配置单元为“2+2”颗卫星，要求每颗卫星具备左右侧视成像能力，组对使用的2颗SAR卫星中，一颗具备宽幅扫描成像用于粗略观测、另一颗具备高分辨率精细成像模式用于详细成像，两星之间配备星间通信链路(系统共配置2条星间链路)。轨道方面，采用1天回归地面轨迹重复低倾角轨道，四颗卫星的星下点地面轨迹一致，采用一种类似扎篱笆“>”的组合观测模式，通过合理配置升交点赤经和相位角，四颗卫星在较短时间内可对地面形成“◇”型区域进行观测。
本发明还提供一种基于上述SAR卫星系统的应用模式，为了获得“◇”型区域内的动态变化，摒弃常规模式下对区域进行全覆盖的观测方式，选择一种类似扎篱笆“>”的观测带(包括南北向观测带[5]、东西向观测带[6])作为卫星的固定观测范围，大大缩小观测范围，提升观测效率。以南北向观测带为例，首先利用具备宽幅扫描成像模式卫星对整个观测带进行粗略观测，发现感兴趣目标(含移动目标)后，通过星间链路将目标信息传递给与之组对的卫星，当该卫星可视南北观测带时，工作在高分辨率精细成像模式，对目标进行详细成像。具体地，其应用模式包括以下步骤：
步骤一、时刻T0，卫星A运行至轨道，卫星左侧视姿态，SAR载荷采用宽幅扫描成像模式工作，对地面“篱笆>”中的南北观测带粗略观测，观测带宽度W即为扫描成像带宽；观测过程中，发现了感兴趣目标，立即通过星间链路将目标信息传递给与之配对的卫星B；
步骤二、时刻T0+Δt0，卫星B运行至轨道，卫星右侧视姿态，在接近目标时，SAR载荷采用高分辨率精细成像模式工作，对目标实施详细成像；
步骤三、时刻T1，卫星C3运行至轨道，卫星右侧视姿态，SAR载荷采用宽幅扫描成像模式工作，对地面“篱笆>”中的东西观测带粗略观测，观测带宽度W即为扫描成像带宽。观测过程中，发现了感兴趣目标，立即通过星间链路将目标信息传递给与之配对的卫星D；
步骤四、时刻T1+Δt1，卫星D运行至轨道，卫星左侧视姿态，在接近目标时，SAR载荷采用高分辨率精细成像模式工作，对目标实施详细成像；
步骤五、由于星座内四颗卫星星下点地面轨迹一致，星座运行约半天后，对地面“◇”型区域原升轨工作的卫星A、卫星B将替代原降轨工作的卫星C、卫星D，对东西观测带再次实施一次粗略到精细的成像过程；类似地，卫星C、卫星D也将替代卫星A、卫星B对南北观测带再次实施一次粗略到精细的成像过程。
与现有技术相比，本发明以较少的卫星数量、较低的构建成本，可以实现对关心区域范围的一种类似“扎篱笆”的动态、防御观测。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的系统构建及应用场景示意图。
图2为本发明的应用模式流程及时序图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本发明的保护范围。
如图1所示，本发明的SAR卫星系统包括卫星A、卫星B、卫星C、卫星D，其中卫星A、卫星B配对使用，卫星C、卫星D配对使用，配对使用的两颗卫星之间配置一条星间通信链路。4颗卫星均装载SAR载荷，其中卫星A、卫星C的SAR载荷设计工作在宽幅扫描模式，卫星B、卫星D的SAR载荷设计工作在高分辨率精细成像模式。4颗卫星均采用1天回归地面轨迹重复低倾角轨道，使星下点地面轨迹一致。为了使四颗卫星在较短的时间内能够运行形成“◇”型区域，需要合理配置升交点赤经和相位角，使卫星A、卫星B、卫星C、卫星D运行在轨道7、轨道8、轨道9、轨道10这四条轨道上。
在上述卫星系统构建的基础上，优化系统应用模式。在“◇”型区域内，结合SAR载荷的入射角范围及扫描带宽，在南北向选取观测带5、东西向选取观测带6，两条观测带形成一种类似扎篱笆“>”的组合观测带，将这两条观测带作为卫星的固定观测范围，其中卫星A、卫星B对南北向观测带5进行观测，卫星C、卫星D对东西向观测带6进行观测。观测时序如图2所示，具体为：
步骤一，时刻T0，卫星A 1运行至轨道7，卫星左侧视姿态，SAR载荷采用宽幅扫描成像模式工作，对地面“篱笆>”中的南北观测带5粗略观测，观测带宽度W即为扫描成像带宽。观测过程中，发现了感兴趣目标11，立即通过星间链路将目标信息传递给与之配对的卫星B2；
步骤二，时刻T0+Δt0，卫星B 2运行至轨道8，卫星右侧视姿态，在接近目标11时，SAR载荷采用高分辨率精细成像模式工作，对目标实施详细成像；
步骤三，时刻T1，卫星C 3运行至轨道9，卫星右侧视姿态，SAR载荷采用宽幅扫描成像模式工作，对地面“篱笆>”中的东西观测带6粗略观测，观测带宽度即为扫描成像带宽。观测过程中，发现了感兴趣目标12，立即通过星间链路将目标信息传递给与之配对的卫星D4；
步骤四，时刻T1+Δt1，卫星D 4运行至轨道10，卫星左侧视姿态，在接近目标12时，SAR载荷采用高分辨率精细成像模式工作，对目标实施详细成像；
步骤五，由于星座内四颗卫星星下点地面轨迹一致，星座运行约半天后，对地面“◇”型区域原升轨工作的卫星A1、卫星B 2将替代原降轨工作的卫星C 3、卫星D 4，对东西观测带6再次实施一次粗略到精细的成像过程；类似地，卫星C 3、卫星D 4也将替代卫星A1、卫星B 2对南北观测带5再次实施一次粗略到精细的成像过程。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种基于SAR卫星的系统，其特征在于，系统基本配置单元为“2+2”颗卫星，要求每颗卫星具备左右侧视成像能力，组对使用的2颗SAR卫星中，一颗具备宽幅扫描成像用于粗略观测、另一颗具备高分辨率精细成像模式用于详细成像，两星之间配备星间通信链路；卫星均采用1天回归地面轨迹重复低倾角轨道，四颗卫星的星下点地面轨迹一致，采用一种类似扎篱笆“>”的组合观测模式，通过合理配置升交点赤经和相位角，四颗卫星在较短时间内可对地面形成“◇”型区域进行观测。
2.根据权利要求1所述的一种基于SAR卫星的系统，其特征在于，包括卫星A、卫星B、卫星C和卫星D，四颗卫星均装载SAR载荷，卫星A、卫星C的SAR载荷设计工作在宽幅扫描模式，卫星B、卫星D的SAR载荷设计工作在高分辨率精细成像模式。
3.根据权利要求1所述的一种基于SAR卫星的系统，其特征在于，系统内配置两条星间链路。
4.根据权利要求1所述的一种基于SAR卫星的系统，其特征在于，为了缩小“◇”型区域观测范围，在“◇”型区域范围内，结合SAR载荷入射角范围和扫描带宽，选取一种类似“扎篱笆>”的观测模式，配置两条固定观测带，作为固定的观测范围。
5.根据权利要求4所述的一种基于SAR卫星的系统，其特征在于，所述两条固定观测带为南北观测带和东西观测带。
6.一种基于SAR卫星的系统的应用模式，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一、时刻T0，卫星A进入南北观测带，完成粗略观测。观测过程中，发现了感兴趣目标，立即通过星间链路将目标信息传递给卫星B；
步骤二、时刻T0+Δt0，卫星B进入南北观测带，在接近所获得目标位置时，对目标实施详细成像；
步骤三、时刻T1，卫星C进入东西观测带，完成粗略观测。观测过程中，发现了感兴趣目标，立即通过星间链路将目标信息传递给卫星D；
步骤四、时刻T1+Δt1，卫星D进入东西观测带，在接近所获得目标位置时，对目标实施详细成像。
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