星载干涉式合成孔径雷达卫星编队构形设计

星载干涉式合成孔径雷达卫星编队构形设计在卫星小型化和多功能化的今天,卫星编队飞行的概念受到普遍的重视并得到了深入研究,其应用之一便是星载干涉式合成孔径雷达(Interferometric Synthetic Aperture Radar,InSAR)测量技术。

InSAR技术较之普通SAR具有可以获得目标高度信息的优点,因而在对地观测任务中具有极其重要的应用。

由于基线在很大程度上决定InSAR的测量精度,本文从InSAR测量原理出发研究编队运动对基线的影响,包括对基线长度、稳定性和方向角等因素的影响。

首先,基于Hill方程研究了近距卫星编队中卫星的相对运动规律,尤其对推导出的相对运动动力学方程的自由运动解的形式加以改写。

同时,对以前的近距卫星编队的设计方法作了相应的修改。

文中给出了利用修改后的设计方法所设计的三种特殊构形,并用卫星工具软件(Satellite Tool Kit,STK)进行了仿真。

其次,论文研究了InSAR空间基线的稳定性。

首先介绍了InSAR干涉测高原理,由此出发定义了决定干涉测量精度的水平基线、垂直基线和有效垂直基线。

同时,建立基线稳定性的概念,尤其是自定义了一种可以较好地反映稳定性思想的指标——稳定度。

在所定义的稳定度下,研究了一些编队构形,包括均匀相位卫星编队中各种基线随时间变化的稳定性,并对之进行仿真,得出了相应的结论。

文章最后主要对基线变化的另一个重要方面——基线的方向角变化进行研究。

先从InSAR测高原理出发,引入InSAR干涉测高的绝对高程误差模型,分析影响InSAR测高精度的因素。

最后基于基线方向角对测高精度的影响,分析了不同编队构形对基线方向角随时间的变化情况的影响。