CN115856808A - 面向高分辨率sar卫星定标远程控制角反射器设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法，包括上位机软件、数据传输单元DTU、伺服云台、标准底座、角反射器、天线罩。上位机软件通过开展几何定标卫星的星历数据，计算得到卫星定标过程中，每一时刻的角反射器姿态角度，主要是方位角度和俯仰角度，并通过远程控制系统利用角反射器姿态数据远程控制角反射器，从而让角反射器不间断追踪SAR卫星。本发明可以为未来高分辨率SAR卫星提供稳定的高精度的定标目标。

Description

面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法

技术领域

本发明属于高分辨率SAR卫星定标技术领域，具体涉及一种面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法。

背景技术

SAR卫星定标主要分为两种：辐射定标和几何定标，SAR辐射定标中采取端对端的方法测定系统总体传递函数，在辐射外定标中，无源角反射器因其结构简单、造价低廉而广泛应用。外场试验中需要人工将所需的角反射器带到指定地点并且进行姿态调整，当定标任务逐渐增加时需要配备更多的专业定标人员，而且在一些风沙雨雪天气工作时缺少防护，无法保证角反射器布设的精度，简单机械的任务执行起来耗费巨大的人力物力。除此之外，传统布设角反射器的方法无法在卫星过境时自动追踪卫星。

现有用于SAR卫星定标的人工角反射器主要有固定式人工角反射器和分体式人工角反射器两种类型，利用这些传统的人工角反射器开展高分辨率SAR卫星定标时，存在的主要缺点分别如下所述：

固定式人工角反射器根据某一型号SAR卫星的飞行姿态，将角反射器的朝向角度调整为该型号SAR卫星过境时所适用的定标器姿态角，然后固定安装在混泥土浇筑的基础墩柱上。该类角反射器一经安装后，仅适用于某一特定型号SAR卫星扫描模式的定标，无法为聚束或滑动聚束等工作模式提供实时追踪姿态角的适应性调整，且无法适用其它型号SAR卫星过境时进行姿态角调整。另外，当某一特定型号SAR卫星进行变轨等姿态调整后，则需要安装新的人工角反射器开展定标。

分体式人工角反射器可根据SAR卫星过境时对角反射器姿态角进行适应性调整，相比于固定式人工角反射器，分体式人工角反射器具有姿态角灵活可调的优点，可为不同型号SAR卫星定标提供适应的姿态角。但该类型人工角反射器跟固定式人工角反射器类似，一经安装，在定标过程中的姿态角是固定不变的。因此，同样无法为聚束或滑动聚束等工作模式提供实时追踪姿态角的适应性调整。另外，分体式人工角反射器在每次调整姿态角时，需要人工调节，在野外环境复杂的条件下，将会大大增加人力消耗，并且降低了SAR卫星定标的效率。

发明内容

为解决传统角反射器存在的技术问题，本发明提供一种面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法，以构建一种可远程控制、自动追踪SAR卫星的高精度地面定标系统，其基于伺服云台、卫星姿态数据和远程数据传输链路实现角反射器姿态远程自动调节和对SAR卫星的实时追踪。本发明构建的面向高分辨率SAR卫星定标的远程控制角反射器系统，包括上位机软件、数据传输单元DTU、伺服云台、标准底座、角反射器、天线罩。上位机软件通过开展几何定标卫星的星历数据，计算得到卫星定标过程中，每一时刻的角反射器姿态角度（主要是方位角度和俯仰角度），并通过远程控制系统利用角反射器姿态数据远程控制角反射器，从而让角反射器不间断追踪SAR卫星。本系统可以为未来高分辨率SAR卫星提供稳定的高精度的定标目标。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

面向高分辨率SAR卫星定标的远程控制角反射器设计方法，包括如下步骤：

步骤S1、用户根据卫星定标的任务需求，提出需要进行定标的目标卫星及定标时间段；

步骤S2、上位机软件根据用户提出的定标任务，利用目标卫星已知的星历数据，精确计算出定标时段内的卫星姿态及其与角反射器的相对几何关系；

步骤S3、上位机软件向数据传输单元发送查询命令，获取当前伺服云台的姿态角信息，并将与目标卫星相匹配的角反射器俯仰和方位角信息发送给数据传输单元；

步骤S4、数据传输单元向云台发送俯仰向调节指令和方位向调节指令驱动角反射器，从而可以控制角反射器不间断自动追踪SAR卫星；

步骤S5、太阳能电池板通过电源转换器向数据传输单元和伺服云台提供持续电源，并可将剩余能源存储在蓄电池。

进一步地，所述步骤S2包括：

S21、根据用户的卫星定标需求，按照时间顺序进行定标任务规划，生成相应的卫星名称和定标时间表；

S22、上位机软件根据卫星名称和定标时间表，获取相应的卫星星历数据并计算出目标卫星在过境定标时段内的卫星方位角和入射角；

S23、上位机软件根据卫星的方位角、入射角和角反射器的姿态角信息，计算出卫星过境时角反射器所需调整的俯仰和方位角。

进一步地，所述步骤S3包括：

S31、上位机软件通过专用网络IP与数据传输单元建立通信连接；

S32、上位机软件查询定标器网络中所有角反射器的工作状态，获取每个角反射器的编号、地址和姿态角信息；

S33、上位机与角反射器系统建立连接后，点击“打开电源”按钮，电池开始对角反射器系统供电；

S34、上位机软件根据定标卫星与角反射器相对几何关系，将角反射器需要调整的方位角和俯仰角信息发送给数据传输单元。

进一步地，所述步骤S4包括：

S41、数据传输单元将远程收到的角反射器姿态角调整信息指令发送给云台，云台实时驱动角反射器做出相应的角度调整；

S42、云台在进行角反射器姿态角调整过程中实时通过数据传输单元向远程上位机软件反馈角度调整信息，用户可通过上位机软件远程实时了解角反射器的工作状态。

进一步地，所述步骤S5包括：

S51、太阳能电池板将光能实时转化为电能，并存储在蓄电池中，同时向伺服云台和数据传输单元供电；

S52、上位机远程控制太阳能供电系统的开关，任务执行时唤醒整套系统，非任务执行期只保留数据传输单元通信功能，从而将系统耗电量降为最低以延长系统工作时间。

有益效果：

本发明面向高分辨率SAR卫星几何定标的需求，通过上位机软件通过开展几何定标卫星的星历数据，计算得到卫星定标过程中，每一时刻的角反射器姿态角度（主要是方位角度和俯仰角度），并通过远程控制系统利用角反射器姿态数据远程控制角反射器，从而让角反射器不间断追踪SAR卫星。本系统可以为未来高分辨率SAR卫星提供稳定的高精度的定标目标。

附图说明

图1为远程控制角反射器系统顶层设计图；

图2远程控制上位机程序图；

图3为远程控制角反射器与天线罩透视图；

图4为远程控制角反射器野外实地安装图；

图5为SAR卫星与角反射器几何关系示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1，图2，图3所示，本发明的面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法采用面向高分辨率SAR卫星定标的远程控制定标系统，其为一种可远程控制、自动追踪SAR卫星的高精度地面定标系统，包括上位机软件、数据传输单元DTU、方位向、俯仰向伺服云台、标准底座支撑、角反射器、天线罩、伺服蓄电池、12V转24V升压模块。

所述上位机软件利用卫星已知的星历数据，精确计算出成像定标时段内的卫星和角反射器的几何相对关系，从而可以控制所述角反射器不间断自动追踪SAR卫星；数据传输单元DTU为客户端，工作模式为透传，采用TCP/IP协议与上位机进行连接，正常运行时不间断向上位机发送连接请求；数据传输单元DTU向伺服云台发送俯仰向调节指令和方位向调节指令驱动所述角反射器；所述标准底座为系统提供可靠的对地支撑；所述天线罩为系统提供抵抗风沙雨雪的功能。

所述角反射器的姿态数据为方位向和俯仰向数据，精确到0.1°，并且所述伺服云台具备角度回传能力，从而可以在所述上位机软件上实时查询所述角反射器的姿态数据。

所述角反射器由三面两两垂直的等腰直角三角形组成，不做任何调节时俯仰向入射角为54.74°，方位向指向正北。

本发明经过实际测试，可以在风沙雨雪天气正常运行，最低温度可达零下三十度。

优选的，所述标准底座为混凝土浇筑而成，所述天线罩将云台和角反射器覆盖在标准底座之上，内部铺设大量吸波材料。

上位机远程控制太阳能供电系统的开关，任务执行时唤醒整套系统，非任务执行期只保留数据传输单元DTU通讯功能，从而将系统耗电量降为最低以延长系统工作时间。所述太阳能供电系统可以为太阳能板。

利用卫星已知的星历数据，精确计算出成像定标时段内的卫星和角反射器的几何相对关系，为SAR卫星定标提供了高精度的参考点目标。

本发明的面向高分辨率SAR卫星定标的远程控制角反射器设计方法具体包括如下步骤：

步骤S1、用户根据卫星定标的任务需求，提出需要进行定标的目标卫星及定标时间段；

步骤S2、上位机软件根据用户提出的定标任务，利用目标卫星已知的星历数据，精确计算出定标时段内的卫星姿态及其与角反射器的相对几何关系；

步骤S3、上位机软件向数据传输单元发送查询命令，获取当前伺服云台的姿态角信息，并将与目标卫星相匹配的角反射器俯仰和方位角信息发送给数据传输单元；

步骤S4、数据传输单元向云台发送俯仰向调节指令和方位向调节指令驱动角反射器，从而可以控制角反射器不间断自动追踪SAR卫星；

步骤S5、太阳能电池板通过电源转换器向数据传输单元和伺服云台提供持续电源，并可将剩余能源存储在蓄电池。

如图2所示，其为远程客户端上位机程序界面，用户可通过该程序界面实现对所有角反射器的监测和控制。通过点击“开始监听”按钮，可实现对定标器网络中所有角反射器工作状态的远程监控，实时获取各角反射器的工作情况，而“关闭监听”则可切断远程客户端与角反射器之间的联系。“控制电源”功能部分则是实现太阳能蓄电池对角反射器系统的供电。“控制角反射器”功能部分是针对某单个角反射器，通过具体的角反射器地址，实现对单个角反射器的角度控制调节。因此，包括“执行水平”、“执行垂直”实现对角反射器水平旋转角和垂直旋转角的设定和调整；“水平角度查询”和“垂直角度查询”则是实时获取角反射器当前的角度姿态信息。

如图3所示，为抵抗风沙雨雪对角反射器的影响，本发明特制了透波天线罩装置，电磁波可穿透天线罩直达角反射器。另外，透波天线罩同样将数据传输单元、蓄电设备等均起到了保护作用，为角反射器远程自动运行提供了保障。

如图4所示，为了减少野生动物或人类活动对高精度定标器工作的影响，本发明中特制了采用吸波材料制成的围栏，既不产生雷达波的信号干扰，又保护了天线罩内部主体的工作安全。

如图5所示，卫星每次过境时，具有其特定的入射视角，在卫星经过角反射器之前，将角反射器调整为正对卫星入射雷达波的姿态，即可保障卫星的高精度定标。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤S1、用户根据卫星定标的任务需求，提出需要进行定标的目标卫星及定标时间段；

步骤S2、上位机软件根据用户提出的定标任务，利用目标卫星已知的星历数据，精确计算出定标时段内的卫星姿态及其与角反射器的相对几何关系；

步骤S3、上位机软件向数据传输单元发送查询命令，获取当前伺服云台的姿态角信息，并将与目标卫星相匹配的角反射器俯仰和方位角信息发送给数据传输单元；

步骤S4、数据传输单元向云台发送俯仰向调节指令和方位向调节指令驱动角反射器，从而控制角反射器不间断自动追踪SAR卫星；

步骤S5、太阳能电池板通过电源转换器向数据传输单元和伺服云台提供持续电源，并将剩余能源存储在蓄电池。

2.根据权利要求1所述的面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

S21、根据用户的卫星定标需求，按照时间顺序进行定标任务规划，生成相应的卫星名称和定标时间表；

S22、上位机软件根据卫星名称和定标时间表，获取相应的卫星星历数据并计算出目标卫星在过境定标时段内的卫星方位角和入射角；

S23、上位机软件根据卫星的方位角、入射角和角反射器的姿态角信息，计算出卫星过境时角反射器所需调整的俯仰和方位角。

3.根据权利要求2所述的面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法，其特征在于，所述步骤S3包括：

S31、上位机软件通过专用网络IP与数据传输单元建立通信连接；

S32、上位机软件查询定标器网络中所有角反射器的工作状态，获取每个角反射器的编号、地址和姿态角信息；

S33、上位机与角反射器系统建立连接后，点击“打开电源”按钮，电池开始对角反射器系统供电；

S34、上位机软件根据定标卫星与角反射器相对几何关系，将角反射器需要调整的方位角和俯仰角信息发送给数据传输单元。

4.根据权利要求3所述的面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法，其特征在于，所述步骤S4包括：

S41、数据传输单元将远程收到的角反射器姿态角调整信息指令发送给伺服云台，伺服云台实时驱动角反射器做出角度调整；

S42、伺服云台在进行角反射器姿态角调整过程中实时通过数据传输单元向远程上位机软件反馈角度调整信息，用户通过上位机软件远程实时了解角反射器的工作状态。

5.根据权利要求4所述的面向高分辨率SAR卫星定标远程控制角反射器设计方法，其特征在于，所述步骤S5包括：

S51、太阳能电池板将光能实时转化为电能，并存储在蓄电池中，同时向伺服云台和数据传输单元供电；

S52、上位机远程控制太阳能供电系统的开关，任务执行时唤醒整套系统，非任务执行期只保留数据传输单元通信功能，从而将系统耗电量降为最低以延长系统工作时间。

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