面向非沿迹线目标区域的SAR卫星观测方法和系统与流程

面向非沿迹线目标区域的sar卫星观测方法和系统
技术领域
1.本发明涉及sar卫星观测技术领域，具体地，涉及一种面向非沿迹线目标区域的sar卫星观测方法和系统。


背景技术：

2.合成孔径雷达(sar)因其全天时全天候高分辨率对地观测能力在各领域得到了广泛的应用，如洪涝监测、海洋监测、农业普查及地形测绘等。分辨率和成像幅宽是sar系统固有的一对矛盾体，传统的sar观测模式为高分辨率小幅宽详查或低分辨率大幅宽普查。当被观测目标同时具有高分辨率和大幅宽观测需求时，往往通过马赛克拼接的方式将多个高分辨率小幅宽成像块按照一定重叠比例规则拼接成一个较大幅宽的成像区域。
3.马赛克拼接的成像模式一定程度上能够缓解高分辨率和大幅宽同时需求的矛盾，然而，对于某些非沿迹线目标区域观测需求，如江河流域的洪泛区监测、沿海岸线的建筑设施检测等应用，需要卫星在一次航过内尽可能多的覆盖此类非沿迹线目标区域，此时需要贴合线目标走向的成像块拼接方式进行观测模式设计。
4.基于平面有源相控阵天线体制的sar卫星，其具有天线方向图波束毫秒级快速切换的显著优势，因此对地面非沿迹线目标区域可进行连续不间断成像，以实现在有限的目标过顶时间窗口内，尽可能大的有效目标观测范围。
5.本发明与国内外现有技术，以及与最接近的已有技术成果的比较：
6.1、文章：杨文沅、贺仁杰、耿西英智、龚洪涛，面向区域目标的敏捷卫星非沿迹条带划分方法，科学技术与工程，2016.8，第16卷第22期，82-87页。
7.2、文章：叶东、屠园园、孙兆伟，面向非沿迹成像的姿态跟踪扩展观测器滑模控制，宇航学报，2016(037)006。
8.3、论文：贺玮，敏捷卫星非沿迹成像主动推扫姿态机动控制方法研究，哈尔滨工业大学，2017.6，硕士学位论文。
9.上述文章和论文是面向光学卫星的相机推扫成像过程中，通过姿态机动推扫观测的方法。其光学成像机理与sar成像机理不同，相比于光学的姿态机动改变观测区域，本发明是在平面有源相控阵体制sar天线二维大扫描和波束捷变的能力下，提出的一种新的观测模式，通过快速改变天线方向图电波束的指向，可以显著提升sar卫星目标观测效能。
10.专利文献cn102073036a(申请号：cn201010527770.3)公开了一种分布式卫星sar系统非平行航迹补偿方法，主要解决分布式卫星sar系统中非平行航迹补偿及沿航迹基线的计算的问题。其实现过程为：采用总体最小二乘法对星历位置测量数据拟合，得到成像时间段内卫星航迹的时间参数方程；对航迹位置重采样，得到每一个方位脉冲发射时间的航迹位置坐标；构造平行于主星航迹的新辅星航迹的时间参数方程；对辅星回波数据补偿，得到等效为沿平行于主星航迹的新辅星航迹接收的回波；计算沿航迹基线长度。然而该专利需要数据拟合、采样、数据补偿等，在复杂工况时会对分布式卫星sar系统造成较大负荷，会降低数据处理的速度。


技术实现要素：

11.针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种面向非沿迹线目标区域的sar卫星观测方法和系统。
12.根据本发明提供的面向非沿迹线目标区域的sar卫星观测方法，利用相控阵天线二维大扫描和波束捷变的能力，实现基于小幅宽高分辨率成像块拼接而成的非沿迹线状区域观测，包括以下步骤：
13.步骤1：依据目标观测需求设计成像块工作模式；
14.步骤2：依据成像块成像时间生成成像序列；
15.步骤3：结合sar视场确定首尾成像块方位向扫描起始角和结束角；
16.步骤4：依据sar系统参数和成像序列进行成像块波位设计；
17.步骤5：依据成像参数生成成像任务。
18.优选的，根据线目标观测区域所需的分辨率、起始终止位置，结合卫星sar系统能力确定成像块的成像模式、分辨率、幅宽、场景中心坐标、成像块成像时间和成像块数量。
19.优选的，根据确定的成像块成像时间和成像块数量，结合卫星轨道参数排列成像块执行序列和成像块序列总成像时长；
20.根据成像块序列总成像时长，按照中心成像块方位向接近正侧视成像原则，确定首部成像块方位向扫描起始角和尾部成像块方位向扫描结束角。
21.优选的，根据首部成像块方位向扫描起始角，结合首部成像块场景中心坐标和卫星轨道参数，计算首部成像块的成像起始时刻；
22.结合每个成像块场景中心坐标和卫星轨道参数，选取成像块采用的距离向波位；
23.根据每块成像块成像时长和选择的波位，确定每个成像块方位扫描起始角和驻留总脉冲数。
24.优选的，根据首部成像块成像起始时刻、每个成像块成像时长及成像波位参数，分别生成系统信号参数、天线方向图参数、数据形成参数，进而生成一次开机多次成像的不间断成像任务。
25.根据本发明提供的面向非沿迹线目标区域的sar卫星观测系统，利用相控阵天线二维大扫描和波束捷变的能力，实现基于小幅宽高分辨率成像块拼接而成的非沿迹线状区域观测，包括如下模块：
26.模块m1：依据目标观测需求设计成像块工作模式；
27.模块m2：依据成像块成像时间生成成像序列；
28.模块m3：结合sar视场确定首尾成像块方位向扫描起始角和结束角；
29.模块m4：依据sar系统参数和成像序列进行成像块波位设计；
30.模块m5：依据成像参数生成成像任务。
31.优选的，根据线目标观测区域所需的分辨率、起始终止位置，结合卫星sar系统能力确定成像块的成像模式、分辨率、幅宽、场景中心坐标、成像块成像时间和成像块数量。
32.优选的，根据确定的成像块成像时间和成像块数量，结合卫星轨道参数排列成像块执行序列和成像块序列总成像时长；
33.根据成像块序列总成像时长，按照中心成像块方位向接近正侧视成像原则，确定首部成像块方位向扫描起始角和尾部成像块方位向扫描结束角。
34.优选的，根据首部成像块方位向扫描起始角，结合首部成像块场景中心坐标和卫星轨道参数，计算首部成像块的成像起始时刻；
35.结合每个成像块场景中心坐标和卫星轨道参数，选取成像块采用的距离向波位；
36.根据每块成像块成像时长和选择的波位，确定每个成像块方位扫描起始角和驻留总脉冲数。
37.优选的，根据首部成像块成像起始时刻、每个成像块成像时长及成像波位参数，分别生成系统信号参数、天线方向图参数、数据形成参数，进而生成一次开机多次成像的不间断成像任务。
38.与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
39.本发明能够提出一种面向非沿迹线目标区域的sar卫星观测新模式设计方法，充分发挥出平面有源相控阵sar天线波束捷变的优势，能够在有限的目标过顶时间窗口内，获取尽可能大的有效目标观测范围，尤其适用于地面非沿迹线目标区域的成像观测任务，通过快速改变天线方向图电波束的指向，可以显著提升sar卫星目标观测效能。
附图说明
40.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：
41.图1为本发明的流程示意图；
42.图2为本发明提出的观测新模式示意图；
43.图3为本发明提出的非沿迹线目标区域成像观测任务中的一个成像块示意图。
具体实施方式
44.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，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
45.实施例：
46.如图1所示，本发明提供了一种面向非沿迹线目标区域的sar卫星观测新模式，包括以下步骤：
47.步骤一，依据目标观测需求设计成像块工作模式；
48.步骤二，依据成像块成像时间生成成像序列；
49.步骤三，结合sar视场确定首尾成像块方位向扫描起始角和结束角；
50.步骤四，依据sar系统参数和成像序列进行成像块波位设计；
51.步骤五，依据成像参数生成成像任务。
52.所述步骤一依据目标观测需求设计成像块工作模式，根据线目标观测区域所需的分辨率、起始终止位置，结合卫星sar系统能力确定成像块的成像模式、分辨率、幅宽、场景中心坐标、成像块成像时间、成像块数量等。
53.所述步骤二依据成像块成像时间生成成像序列，根据步骤一中确定的成像块成像时间、成像块数量，结合卫星轨道参数排列成像块执行序列和成像序列总成像时长。
54.所述步骤三结合卫星视场确定首尾成像块方位向扫描起始角和结束角，根据步骤二中成像块序列的总成像时长，按照中心成像块方位向接近正侧视成像原则，确定首部成像块方位向扫描起始角和尾部成像块方位向扫描结束角。
55.所述步骤四依据sar系统参数和成像序列进行成像块波位设计，根据首部成像块方位向扫描起始角，结合首部成像块场景中心坐标和卫星轨道参数，计算首部成像块的成像起始时刻；结合每个成像块场景中心坐标和卫星轨道参数，选取成像块采用的距离向波位；根据每块成像块成像时长和选择的波位，确定每个成像块方位扫描起始角和驻留总脉冲数。
56.所述步骤五依据成像参数生成成像任务，根据步骤四得到的首部成像块成像起始时刻、每个成像块成像时长及成像波位参数，分别生成系统信号参数、天线方向图参数、数据形成参数，进而生成一次开机多次成像的不间断成像任务。
57.根据本发明提供的面向非沿迹线目标区域的sar卫星观测系统，利用相控阵天线二维大扫描和波束捷变的能力，实现基于小幅宽高分辨率成像块拼接而成的非沿迹线状区域观测，包括如下模块：模块m1：依据目标观测需求设计成像块工作模式；模块m2：依据成像块成像时间生成成像序列；模块m3：结合sar视场确定首尾成像块方位向扫描起始角和结束角；模块m4：依据sar系统参数和成像序列进行成像块波位设计；模块m5：依据成像参数生成成像任务。
58.根据线目标观测区域所需的分辨率、起始终止位置，结合卫星sar系统能力确定成像块的成像模式、分辨率、幅宽、场景中心坐标、成像块成像时间和成像块数量。根据确定的成像块成像时间和成像块数量，结合卫星轨道参数排列成像块执行序列和成像块序列总成像时长；根据成像块序列总成像时长，按照中心成像块方位向接近正侧视成像原则，确定首部成像块方位向扫描起始角和尾部成像块方位向扫描结束角。根据首部成像块方位向扫描起始角，结合首部成像块场景中心坐标和卫星轨道参数，计算首部成像块的成像起始时刻；结合每个成像块场景中心坐标和卫星轨道参数，选取成像块采用的距离向波位；根据每块成像块成像时长和选择的波位，确定每个成像块方位扫描起始角和驻留总脉冲数。根据首部成像块成像起始时刻、每个成像块成像时长及成像波位参数，分别生成系统信号参数、天线方向图参数、数据形成参数，进而生成一次开机多次成像的不间断成像任务。
59.本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
60.以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本技术的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。