一种双侧可摆扫超宽覆盖SAR卫星系统、扫描方法和装置

一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统、扫描方法和装置
技术领域
1.本发明涉及航天器设计领域，具体涉及一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统。


背景技术：

2.合成孔径雷达(synthetic aperture radar，sar)技术因其可以全天时全天候工作，不受云雾等天气的影响等优势，已经成为对地观测技术的一种核心技术，被大量用于解决人类所面临的资源、环境、生态系统等方面的问题。相比于可见光、红外等遥感方式，sar有着独特的优势和不可替代的地位。当前，sar在资源探测、自然灾害监控、环境变化、地理测绘、城市建设等领域有着重要应用价值。近年来，国内外相继建立了一系列对地观测研究计划，极大地促进了sar技术的蓬勃发展，涌现出许多先进的sar技术。这些技术主要着眼于提高分辨率和增加观测视场的幅宽。其中，面向全球性重大问题如全球变化和全球可持续发展等，实现地球表面动态过程高精细、大尺度和时间连续的监测和评估，满足对全球或区域可持续发展和全球变化监测有着迫切需求。现有的sar卫星方案大多只安装单个sar天线，通过卫星平台的姿态机动扩展视场。并且由于分辨率和幅宽两个指标之间天然存在着矛盾，传统星载sar难以实现高分宽幅成像。


技术实现要素：

3.本发明解决了现有的sar卫星方案大多只安装单个sar天线，通过卫星平台的姿态机动扩展视场。并且由于分辨率和幅宽两个指标之间天然存在着矛盾，传统星载sar难以实现高分宽幅成像的问题。
4.本发明提供了一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统，所述系统包括：
5.卫星、旋转机构和两个sar天线；
6.所述两个sar天线通过旋转机构呈轴对称分布在卫星两侧。
7.进一步的，还提供一种优选实施方式，所述sar天线采用相控阵天线或环形天线。
8.进一步的，还提供一种优选实施方式，所述系统还包括太阳帆板，所述太阳帆板用于给卫星系统供电。
9.基于同一发明构思，本发明还提供一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，所述方法基于权利要求1的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统实现，包括：
10.将扫描区域划分为距离向n
×
方位向m个子条带；
11.sar天线根据划分的m个子条进行扫描，并进行拼接。
12.进一步的，还提供一种优选实施方式，所述sar天线采用dpc-mab技术进行成像。
13.进一步的，还提供一种优选实施方式，所述扫描方式包括机械机械摆扫和馈电扫描。
14.进一步的，还提供一种优选实施方式，对sar图像进行预处理；
15.通过sift算法对所述预处理后的sar图像进行配准，获取sar图像重复部分；
16.采用融合算法对sar图像重复部分进行平滑处理获得大幅成像图片。
17.基于同一发明构思，本发明还提供了一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描装置，所述装置基于上述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统实现，包括：
18.子条带获取单元，用于将扫描区域划分为距离向n
×
方位向m个子条带；
19.子条带拼接单元，用于sar天线根据划分的m个子条进行扫描，并所述扫描的m个子条带进行拼接。
20.基于同一发明构思，本发明还提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行权上述任一项所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法。
21.本发明还提供一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据上述中任一项中所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法。
22.本发明的有益之处在于：
23.本发明解决了传统星载sar难以实现高分宽幅成像的问题。
24.本发明所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统，采用双侧sar天线(相控阵、馈电式等不同类型的天线均可)，可以同时对两侧区域同时成像，相比于现有sar卫星通常只安装单块sar天线的方案，对地覆盖范围更大。
25.本发明所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，通过摆扫机构或馈电扫描实现sar天线侧视角度的调控，进一步增加了sar天线的可视范围。相比于现有sar卫星通过姿态机动扩展视场范围的方式，只需要摆扫机构动作，不需要卫星平台本身的机动，可以更快速地对指定区域成像，同时减少姿态机动的能耗。
26.本发明所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，通过摆扫机构周期性改变天线侧视角度，依次对各个子条带成像，并且在每个子条带内通过偏置相位中心方位多波束(dpc-mab)技术实现高分宽幅成像，将各个子条带拼接即可实现对两侧2000km区域的成像。
27.本发明应用于卫星监测领域。
附图说明
28.图1为实施方式二所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统示意图，其中，1为卫星，s21为摆扫机构,s22为支撑杆，3为sar天线，4为太阳帆板；
29.图2为实施方式十一所述的sar天线不同侧视角度示意图；
30.图3为实施方式十一所述的成像区域拼接示意图；
31.图4为实施方式十一所述的双侧偏置相位中心方位多波束示意图。
具体实施方式
32.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。
33.实施方式一、本实施方式所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统，所述系统包括：
34.卫星1、旋转机构和两个sar天线3；
35.所述两个sar天线3通过旋转机构呈轴对称分布在卫星1两侧。
36.本实施方式所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，采用双侧sar天线，可以同时对两侧区域同时成像，相比于现有sar卫星通常只安装单块sar天线的方案，对地覆盖范围更大。在实际应用中，两块儿sar天线同时成像会有较为严重的干扰问题，因此，两个sar天线3通过旋转机构呈轴对称分布在卫星1两侧，减少天线成像波束互相干扰。
37.实施方式二、参见图1和图2说明本实施方式。本实施方式是对实施方式一所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统的进一步限定，所述sar天线3采用相控阵天线或环形天线。
38.如图1所示，双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统由卫星1、sar天线3和旋转机构组成。所述sar天线采用相控阵天线或环形天线。当sar天线3采用相控阵天线，所述旋转机构为摆扫机构s21，所述相控阵天线通过摆扫机构s21与卫星1连接，在轨运行时雷达面朝向地面；当sar天线3采用环形天线，所述旋转机构为支撑杆s22，所述环形天线通过支撑杆支撑在卫星上，天线凹面朝向地面。
39.如图2所示，图2前三幅图为相控阵天线通过摆扫机构调控侧视角度示意图，所述相控阵天线角度活动范围从0
°
到90
°
；图2后三幅图为环形天线通过杆的转动改变环形天线凹面朝向示意图，其中，环形天线本身不做变化，变得是与环形天线相连的的支撑杆，支撑杆绕着卫星转动。
40.实施方式三、本实施方式是对实施方式一所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统的进一步限定，所述系统还包括太阳帆板4，所述太阳帆板4用于给卫星系统供电。
41.所述太阳帆板吸收太阳能，将其转化为电能给卫星系统供电。
42.实施方式四、本实施方式所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，所述方法基于实施方式一所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统实现，包括：
43.将扫描区域划分为距离向n
×
方位向m个子条带；
44.sar天线根据划分的m个子条进行扫描，并进行拼接。
45.本实施方式所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，通过摆扫机构或馈电扫描实现sar天线侧视角度的调控，进一步增加了sar天线的可视范围。相比于现有sar卫星通过姿态机动扩展视场范围的方式，只需要摆扫机构动作，不需要卫星平台本身的机动，可以更快速地对指定区域成像，同时减少姿态机动的能耗。
46.实施方式五、参见图4说明本实施方式。本实施方式是对实施方式四所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法的进一步限定，所述sar天线采用dpc-mab技术进行成像。
47.如图4所示，每个子条带内，sar天线采用偏置相位中心方位多波束dpc-mab进行配置，通过使用沿方位向均匀分布的多个接收通道同时接收回波信号以增加等效方位采样率，保证高分辨率成像，同时使用较低的脉冲重复频率提高成像测绘带宽，从而实现高分宽幅成像。
48.其原理为：在方位向(卫星运动方向)上均匀分布多个接收通道，分别接受天线上发射通道发射后经地面反射的波束，等效地提高了方位向的采样率，从而提高了方位向的分辨率。
49.本实施方式所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，通过摆扫机构周期性改变天线侧视角度，依次对各个子条带成像，并且在每个子条带内通过偏置相位中心方位多波束(dpc-mab)技术实现高分宽幅成像，将各个子条带拼接即可实现对两侧2000km区域的成像。
50.实施方式六、参见图3说明本实施方式。本实施方式是对实施方式四所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法的进一步限定，所述扫描方式包括机械机械摆扫和馈电扫描。
51.具体的，将整个区域划分为n
×
m(距离向
×
方位向)个子条带，按照顺序，首先通过机械摆扫对准(1，1)子条带，通过馈电扫描成像，然后通过摆扫对准(2，1)子条带，电扫成像，一直到(n，1)子条带。距离向上第一列的所有子条带成像结束后，开始对第二列子条带成像，从(n，2)子条带开始一直到(1，2)子条带。以此类推，相邻两列子条带的成像顺序正好相反，由每一列的第一个或最后一个子条带切换到下一列的对应子条带。
52.实施方式七、本实施方式是对实施方式四所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法的进一步限定，所述拼接包括：
53.对sar图像进行预处理；
54.通过sift算法对所述预处理后的sar图像进行配准，获取sar图像重复部分；
55.采用融合算法对sar图像重复部分进行平滑处理获得大幅成像图片。
56.所述对sar图像进行预处理为：通过滤波的方式降低图像的噪声斑点。
57.具体的，结合实施方式二说明本实施方式。卫星平台在轨运动过程中，两侧的sar天线同时开机对地成像，摆扫机构改变天线侧视角度，天线沿着距离向进行周期性扫描，形成多个子条带；每个子条带内，天线通过dpc mab技术进行成像；通过拼接镶嵌等方式将各个子条带的成像结果处理形成整的图像，从而实现两侧2000km区域的连续成像。
58.实施方式八、本实施方式所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描装置，所述装置基于实施方式一所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统实现，包括：
59.子条带获取单元，用于将扫描区域划分为距离向n
×
方位向m个子条带；
60.子条带拼接单元，用于sar天线根据划分的m个子条进行扫描，并所述扫描的m个子条带进行拼接。
61.实施方式九、本实施方式所述的一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行实施方式四至实施方式五任一项所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法。
62.实施方式十、本实施方式所述的一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据实施方式四至实施方式五中任一项中所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法。
63.以上结合附图对本发明提供的技术方案进行进一步详细地描述，是为了突出优点和有益之处，并不用于作为对本发明的限制，任何基于本发明的精神原则范围内的，对本发明的修改、实施方式的组合、改进和等同替换等，均应当包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统，其特征在于，所述系统包括：卫星、旋转机构和两个sar天线；所述两个sar天线通过旋转机构呈轴对称分布在卫星两侧。2.根据权利要求1所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统，其特征在于，所述sar天线采用相控阵天线或环形天线。3.根据权利要求1所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统，其特征在于，所述系统还包括太阳帆板，所述太阳帆板用于给卫星系统供电。4.一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统实现，包括：将扫描区域划分为距离向n
×
方位向m个子条带；sar天线根据划分的m个子条进行扫描，并进行拼接。5.根据权利要求4所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，其特征在于，所述sar天线采用dpc-mab技术进行成像。6.根据权利要求4所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，其特征在于，所述扫描方式包括机械机械摆扫和馈电扫描。7.根据权利要求4所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法，其特征在于，所述拼接包括：对sar图像进行预处理；通过sift算法对所述预处理后的sar图像进行配准，获取sar图像重复部分；采用融合算法对sar图像重复部分进行平滑处理获得大幅成像图片。8.一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描装置，其特征在于，所述装置基于权利要求1所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统实现，包括：子条带获取单元，用于将扫描区域划分为距离向n
×
方位向m个子条带；子条带拼接单元，用于sar天线根据划分的m个子条进行扫描，并所述扫描的m个子条带进行拼接。9.一种计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机可读存储介质用于储存计算机程序，所述计算机程序执行权利要求4-5任一项所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法。10.一种计算机设备，其特征在于：包括存储器和处理器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述处理器运行所述存储器存储的计算机程序时，所述处理器执行根据权利要求4-5中任一项中所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖sar卫星系统扫描方法。

技术总结
一种双侧可摆扫超宽覆盖SAR卫星系统、扫描方法和装置，涉及航天器设计领域。本发明解决了传统星载SAR难以实现高分宽幅成像的问题。本发明解决了现有的SAR卫星方案大多只安装单个SAR天线，通过卫星平台的姿态机动扩展视场。并且由于分辨率和幅宽两个指标之间天然存在着矛盾，传统星载SAR难以实现高分宽幅成像的问题。所述系统包括：卫星、旋转机构和两个SAR天线；所述两个SAR天线通过旋转机构呈轴对称分布在卫星两侧。所述方法基于上述所述的一种双侧可摆扫超宽覆盖SAR卫星系统实现，包括：将扫描区域划分为距离向N


技术研发人员：魏承 李岱 郭金生 吴凡 曹喜滨
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2022.12.13
技术公布日：2023/4/25