卫星姿态指向抖动与SAR成像质量关系研究

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1、2001年10月北京航空航天大学学报October2001第27卷第5期JournaIofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsVoI.27No.5卫星姿态指向抖动与SAR成像质量关系研究陈杰周荫清李春升陈元藻（北京航空航天大学电子工程系）（上海卫星工程研究所）摘要：建立了卫星姿态指向抖动的数学模型，基于成对回波畸变理论推导了存在姿态指向抖动时点目标扩展函数的解析表达式，提出了卫星姿态指向抖动幅度与星载SAR（合成孔径雷达）成像质量关系的定量分析方法，为

2、SAR卫星总体分析与设计提供了理论依据.计算机仿真结果验证了结论的正确性.关键词：合成孔径雷达；卫星姿态；雷达回波；成对回波中图分类号：TP722.6；TN957.2文献标识码：A文章编号：1001-596（52001）05-0518-04卫星姿态控制性能是决定星载SAR（合成孔根据傅里叶分析原理，将卫星的姿态角进行谐波径雷达）成像质量的重要因素之一.关于姿态扰动分解，得到描述姿态指向抖动的数学模型为与成像质量关系的文献大都围绕着姿态误差对［1］!（!）=!!m"si（n2!#"!+""）+!0（1）Do

3、ppIer参数的影响展开讨论，涉及定量分析姿"=1态指向抖动对成像质量影响的文献很少.文献［2］式中，!（!）表示姿态控制系统滤波输出的姿态给出了姿态扰动的定性分析方法.文献［3］介绍了角；!为卫星飞行的时间；!0为姿态指向误差；#"，利用成对回波畸变理论分析系统误差因素对SAR!m"和""分别为姿态抖动第"个谐波分量的频率、图像质量影响的方法，仅给出了定性分析结果.幅度和初始相位.本文建立了姿态指向抖动的数学模型，基于成对回波畸变理论推导存在姿态指向抖动时点目2卫星姿态指向抖动与成像质量标扩展函数的数学

4、表达式，提出了定量分析姿态星载SAR天线同平台之间为刚体连接，卫星指向抖动对图像质量影响的方法，最后通过计算姿态指向抖动引起雷达波束指向发生抖动.通常机仿真验证了本文提出的分析方法的有效性.本星载SAR为正侧视，则卫星姿态指向抖动角同天文工作对星载SAR总体分析与设计具有重要意线波束指向抖动角之间满足如下关系：义.ì"#a=arcta［n（sin"!y·sin#L+sin"!p·ï21卫星姿态指向抖动模型ïcos#L）（/1+cos"!y·cos#L+ïïcos"!·sin2#pL-cos"!r）］卫星姿

5、态扰动包括两部分分量，即姿态指向íï"#r=arctan｛［（cos"!y·cos"!p-2）·误差和姿态指向抖动.姿态指向误差是一段时间ïcos#L·sin#L+sin"!r］（/1+cos"!y·内卫星姿态扰动的均值.姿态指向抖动是指由周ïïî22cos#L+cos"!p·sin#L-cos"!r）｝期性空间外扰力矩作用引起卫星姿态发生的周期性变化［4］式中，"#a和"#r分别表示天线方位向和距离向.波束指向抖动角；"，"和"分别表示偏SAR卫星一般采用三轴稳定的姿态控制方!y!p!r航、俯仰和滚动向

6、姿态指向抖动角；#为天线视式.卫星姿态控制系统对空间外扰力矩的高频分L量具有很强的抑制作用，而对低频分量的抑制作角.用较弱.假设空间外扰力矩为一个平稳随机过程，实际中SAR卫星姿态指向抖动角的幅度非则经过姿态控制系统滤波后，最终输出的卫星姿常小，即"!y，"!p和"!r"1rad，因此在工程分析态角所包含的各次谐波分量中以低频分量为主.中，可以对上式进行化简和近似处理，得收稿日期：2000-03-03作者简介：陈杰（1973-），男，河南郑州人，博士生，100083，北京.第5期陈杰等：卫星姿态指向抖动与

7、SAR成像质量关系研究5l9!ea!!y·SineL+!p·cOSeL函数；s（t）为姿态指向抖动引起的成对回波；}（2）a!er!!r0f0=.上式表明：偏航和俯仰角姿态指向抖动主要引起2"天线方位向波束指向发生抖动；滚动角姿态指向卫星偏航或俯仰角指向抖动所引起的成对回抖动主要导致天线距离向波束指向抖动.f0波位于主回波（st）两侧t0=1处，幅度分别为fr!"#偏航和俯仰指向抖动与成像质量的关系若偏航或俯仰指向抖动仅存在单频分量（且A"（f-ft）·st-f0和A"（-f-ft）·0r()0rfr互不

8、耦合），引起天线波束方位向抖动为!e（t）af0f0!e（at）=eamSi（n0t+<0）（3）s(t+f).成对回波的峰值出现在tp=1f1rr式中，e，和分别为方位向波束抖动的幅am0<0DaVSin<，成对回波同主回波的峰值幅度比值为度、角频率和初始相位.2ARfr假设天线照射口面均匀分布，则星载SAR方"DaKma=·eam.位向点目标回波信号近似为4A2根据式（4）知：l）成对回波的两个波瓣分别被-"fts（it）