專利名稱：自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型主要涉及航天遙感領(lǐng)域內(nèi)被動(dòng)微波成像儀，尤其涉及一種利用干涉式綜合孔徑成像技術(shù)與天線陣列旋轉(zhuǎn)掃描相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
微波遙感技術(shù)是本世紀(jì)六十年代以后發(fā)展起來的一個(gè)新興的科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域，是繼可見光和紅外遙感之后又一有效的對(duì)地觀測(cè)手段。它在遙感技術(shù)領(lǐng)域占有越來越重要的地位，目前已廣泛應(yīng)用于全球變化監(jiān)測(cè)、空間探測(cè)、資源開發(fā)、環(huán)境保護(hù)以及其它民用和軍事領(lǐng)域。
微波遙感包括有源微波遙感和無源微波遙感。有源遙感又稱主動(dòng)遙感，它通過接收和分析目標(biāo)對(duì)遙感器發(fā)射的微波信號(hào)的散射響應(yīng)獲取目標(biāo)信息；無源遙感又稱被動(dòng)遙感，它通過接收和分析目標(biāo)自身輻射的微波信號(hào)，獲得關(guān)于目標(biāo)特性的信息。有源微波遙感器包括雷達(dá)高度計(jì)、散射計(jì)和合成孔徑雷達(dá)等；無源微波遙感器即微波輻射計(jì)。
微波輻射計(jì)通過接收地物自身的微波噪聲輻射獲取地物的特征信息，與主動(dòng)微波遙感器(雷達(dá))相比，具有體積小、重量輕等優(yōu)勢(shì)，并對(duì)目標(biāo)表面粗糙度等宏觀結(jié)構(gòu)特征不敏感，在大氣、海洋、植被和土壤濕度測(cè)量等方面獲得了很好的應(yīng)用，是目前數(shù)量最多的星載微波遙感器。
由于微波輻射計(jì)所測(cè)量的地物噪聲輻射是不相干的隨機(jī)噪聲信號(hào)，無法象合成孔徑雷達(dá)(SAR)那樣對(duì)平臺(tái)運(yùn)動(dòng)軌跡上不同位置測(cè)量到的信號(hào)進(jìn)行相干處理，實(shí)現(xiàn)大的等效口徑。因此傳統(tǒng)的單天線全功率微波輻射計(jì)的空間分辨力完全決定于接收天線的物理口徑。而對(duì)于星載平臺(tái)來說，天線尺寸和重量都受到嚴(yán)格的限制。因此提高空間分辨力一直是微波輻射測(cè)量技術(shù)中的瓶頸問題，現(xiàn)有的星載微波輻射計(jì)的地面空間分辨率都是幾十、甚至幾百公里，主要應(yīng)用局限于對(duì)大氣和海洋的大、中尺度過程與現(xiàn)象的測(cè)量。
干涉式綜合孔徑成像技術(shù)的引入為突破這一瓶頸提供了有效的手段。該項(xiàng)技術(shù)來源于射電天文領(lǐng)域，1950～1960年代天文學(xué)家們首先將其應(yīng)用于提高射電天文望遠(yuǎn)鏡的角分辨率，取得了很好的效果，如文獻(xiàn)[1]A.Richard Thompson，James M.Moran，George W.Swenson，“Interferometry and synthesis in radioastronomy”，Krieger Publishing Company，Malabar，F(xiàn)lorida，1994公開的技術(shù)。從20世紀(jì)80年代開始，該項(xiàng)技術(shù)被引入到遙感領(lǐng)域應(yīng)用于對(duì)地觀測(cè)，如文獻(xiàn)[2]C.S.Ruf，C.T.Swift，A.B.Tanner and D.M.Le Vine，“Interferometricsynthetic aperture microwave radiometry for the remote sensing of the earth”.IEEE Trans.GRS，Vol.26，No.5，pp.597-611，Sep，1988中公開的技術(shù)。文獻(xiàn)2中公開技術(shù)的基本原理是利用具有不同基線長度和方向的二元干涉儀進(jìn)行空間頻率域的采樣，然后再經(jīng)過傅利葉變換獲得空間圖像。由于二元干涉儀中的單元天線可以被不同的基線共用多次且單元天線孔徑很小，因此原來較大的天線物理孔徑就可以被稀疏比極大的散布的小單元天線陣列代替，同時(shí)無需波束掃描，便于星載實(shí)現(xiàn)。
綜合孔徑微波輻射計(jì)的基本構(gòu)成單元是二元干涉儀，它的功能是對(duì)兩個(gè)單元天線的輸出進(jìn)行復(fù)相關(guān)運(yùn)算，得到的相關(guān)輸出通常被稱為可見度函數(shù)(VF，VisibilityFunction)。這兩個(gè)不同空間位置的單元天線構(gòu)成一個(gè)基線。如果將地物亮溫分布稱為空間時(shí)間域(簡稱空間域)，則干涉儀在不同基線下的測(cè)量值就稱為空間頻率域(簡稱頻率域)，所得到的不同基線的二元干涉儀的復(fù)相關(guān)就是與該基線對(duì)應(yīng)的空間頻率域坐標(biāo)處的可見度函數(shù)分量采樣值。由于二元干涉儀在進(jìn)行空間頻率采樣時(shí)，其基線在一定距離內(nèi)平移所得測(cè)量結(jié)果不變(滿足天線遠(yuǎn)場(chǎng)條件)，因此同一基線或空間頻率只需采樣一次，而且一個(gè)單元天線可以被多條基線共用，這樣就使得同樣物理孔徑的陣列天線的單元數(shù)量大量的稀疏。
綜合孔徑微波輻射計(jì)實(shí)際上是一組公用單元天線的二元干涉儀的集合。這些不同基線的長度和方向在二維空間頻率中覆蓋了從低頻到高頻(決定于長基線)的整個(gè)空間，其瞬時(shí)輸出的可見度函數(shù)采樣值構(gòu)成了被觀測(cè)目標(biāo)的輻射亮溫分布在天線陣孔徑投影上的傅利葉變換。因此，輻射亮溫分布圖像可以通過可見度函數(shù)測(cè)量結(jié)果的反傅利葉變換或其它數(shù)值變換算法獲得。
根據(jù)上面的分析，如何通過不同基線組合的設(shè)計(jì)(即單元天線的空間位置分布)來實(shí)現(xiàn)對(duì)空間頻率域采樣的盡可能大且均勻的覆蓋，便成為干涉式綜合孔徑成像技術(shù)的關(guān)鍵問題。依據(jù)天線陣列稀疏方式的不同(也即基線組合設(shè)計(jì)方式的不同)，目前的干涉式綜合孔徑微波輻射計(jì)主要分為一維和二維兩大類，如文獻(xiàn)[3]D.M.LeVine，“Synthetic aperture radiometer system”，IEEE Trans.MTT，Vol.47，No.12，pp.2228-2236，Dec，1999中公開的。
一維綜合孔徑微波輻射計(jì)一般采用桿狀天線組成稀疏天線陣列，僅在順軌方向利用桿狀的真實(shí)窄波束實(shí)現(xiàn)所需的分辨率，而在交軌方向采用綜合孔徑技術(shù)獲得所需的窄波束。因此一維系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)綜合孔徑-真實(shí)孔徑混和成像系統(tǒng)，基線的設(shè)計(jì)只需考慮基線長度的區(qū)別，沒有方向的不同。一維綜合孔徑微波輻射計(jì)以美國的ESTAR(Electronically Scanned Thinned Array Radiometer，簡稱ESTAR)為代表，如圖1所示，數(shù)字1表示天線陣，數(shù)字2表示目標(biāo)區(qū)域。該系統(tǒng)由美國馬塞諸薩大學(xué)(UMASS)在美國宇航局(NASA)的支持下于1988年研制成功，并在90年代作了大量的機(jī)載試驗(yàn)(Washita92，Washita94，SGP97，SGP99等)，獲取了大量的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)土壤濕度、海水含鹽度等參數(shù)做了反演，強(qiáng)有力的驗(yàn)證了綜合孔徑技術(shù)應(yīng)用于被動(dòng)微波遙感的可行性與先進(jìn)性。ESTAR是目前較為成熟的綜合孔徑微波輻射計(jì)之一，其后續(xù)星載版本HydroSTAR也正在研制之中。
國內(nèi)目前對(duì)一維綜合孔徑技術(shù)的研究也已經(jīng)比較成熟，中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心于2001及2004年先后成功研制出兩臺(tái)C波段及X波段的一維機(jī)載綜合孔徑微波輻射計(jì)，并通過校飛試驗(yàn)成功獲取了了高空間分辨率的機(jī)載微波輻射圖像，參考文獻(xiàn)[4]Hao Liu，Ji Wu，Shouzheng Ban，etc，“The CAS Airborne X-bandSynthetic Aperture RadiometerSystem Configuration and ExperimentalResults”，Proceeding of 2004 IEEE International Geoscience and RemoteSensing Symposium(IGARSS’04)，Alaska，USA。
對(duì)于一維的星載系統(tǒng)來說，其不足在于由于在順軌方向仍然需要利用波導(dǎo)縫隙天線的真實(shí)孔徑來獲取空間分辨率，因此天線的重量體積的進(jìn)一步降低受到限制；而且，當(dāng)接收單元一維線性分布時(shí)，可證明當(dāng)單元個(gè)數(shù)大于4時(shí)不可避免地會(huì)出現(xiàn)相同的基線組合。這將導(dǎo)致在孔徑較大的情況下，基線的冗余將增多。
二維綜合孔徑微波輻射計(jì)在順軌和交軌方向均是采用綜合孔徑技術(shù)來實(shí)現(xiàn)獲取高空間分辨力所需的窄波束。與一維系統(tǒng)不同，二維綜合孔徑輻射計(jì)在二維孔徑平面上實(shí)現(xiàn)天線陣列的有效稀疏，最大限度的發(fā)揮了綜合孔徑技術(shù)的優(yōu)越性。基線的在二維平面上分布，基線組合的設(shè)計(jì)必須同時(shí)考慮基線長度和基線方向的優(yōu)化。典型的二維系統(tǒng)以歐洲在研的MIRAS(Microwave Imaging Radiometer using ApertureSynthesis，簡稱MIRAS)為代表，如參考文獻(xiàn)[5]M.Martín-Neira and J.M.Goutoule，“MIRAS-A two-dimensional aperture-synthesis radiometer for soilmoisture and ocean salinity observations，”ESA Bulletin，no.92，pp.95-104，Nov.1997；中公開的技術(shù)。MIRAS采用Y型天線陣列稀疏方案，每根臂長達(dá)4.5米，整個(gè)系統(tǒng)含69個(gè)天線及接收機(jī)單元，以及約5000個(gè)相關(guān)器，是目前最先進(jìn)的綜合孔徑輻射計(jì)系統(tǒng)。MIRAS的概念1994年由歐洲空間局(ESA)提出，并于1998年被確定ESA土壤濕度和海水鹽度對(duì)地觀測(cè)衛(wèi)星(Soil Moisture and Ocean Salinitymission，SMOS)的唯一載荷，該衛(wèi)星預(yù)計(jì)于2007年發(fā)射。但是對(duì)于現(xiàn)有二維系統(tǒng)而言，例如Y形、U形、十字形，其局部仍存在將接收單元一維線性排布的情況，因此也不可避免的會(huì)出現(xiàn)一維情況下的基線冗余的情況。
綜合分析以上介紹的現(xiàn)有的高分辨力的綜合孔徑輻射計(jì)系統(tǒng)，無論是以ESTAR為代表的一維系統(tǒng)還是以MIRAS為代表的二維系統(tǒng)，其稀疏天線陣列的設(shè)計(jì)都是固定不掃描的，只是通過對(duì)天線單元在二維空間分布上的優(yōu)化，獲取不同的基線組合。
誠然，干涉式綜合孔徑概念引入被動(dòng)遙感對(duì)地觀測(cè)的初衷之一就是為了避免大口徑天線機(jī)械掃描的困難。但通過這樣的方式減小天線的發(fā)射體積與重量并規(guī)避天線機(jī)械掃描的困難也是有代價(jià)的，那就是整個(gè)輻射計(jì)系統(tǒng)的復(fù)雜化，每一個(gè)單元天線均需單獨(dú)配備一個(gè)接收機(jī)，所有接收機(jī)的中頻輸出需要輸入到相關(guān)器作復(fù)相關(guān)運(yùn)算。這一點(diǎn)在二維系統(tǒng)中尤為突出，以MIRAS為例，整個(gè)系統(tǒng)包括69個(gè)接收機(jī)以及多達(dá)5000個(gè)單元的數(shù)字相關(guān)器陣列，這無疑將增加系統(tǒng)工程研制的成本及難度，并對(duì)系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性及系統(tǒng)定標(biāo)帶來極大的挑戰(zhàn)。
因此，現(xiàn)有技術(shù)的不足就需要一種改進(jìn)的綜合孔徑被動(dòng)微波成像系統(tǒng)。
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，為了更有效提高被動(dòng)微波遙感的空間分辨力，降低現(xiàn)有的采用固定式天線稀疏方案的干涉式綜合孔徑輻射計(jì)的系統(tǒng)復(fù)雜程度，達(dá)到更高的孔徑稀疏程度，從而提供一種改進(jìn)的自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)。
為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采取的技術(shù)方案如下一種自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，包括一母星，用來與地球測(cè)控和通信以及控制整個(gè)系統(tǒng)的工作狀態(tài)；N個(gè)子星，每個(gè)所述子星通過一牽引系繩或剛性伸桿與母星物理連接，并具有重力梯度平衡能力以確保其姿態(tài)穩(wěn)定；所述母星與N個(gè)所述子星分布在同一個(gè)平面上；N的取值沒有特別限定，主要根據(jù)空間分辨率的要求來選定，分辨率要求高，則N的取值也就大；一般N可以是大于或等于2的整數(shù)。
如圖2所示，當(dāng)系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，整個(gè)子母衛(wèi)星系統(tǒng)圍繞所述母星自旋，自旋軸指向被觀測(cè)目標(biāo)。
在上述技術(shù)方案中，所述母星與各所述子星均配備有太陽能帆板單獨(dú)供電。
在上述技術(shù)方案中，所述子星主要包括一個(gè)圓極化單元天線與接收機(jī)，用于在旋轉(zhuǎn)過程中完成對(duì)觀測(cè)區(qū)域的天線波束覆蓋及對(duì)該區(qū)域輻射亮溫的相干接收；所述母星主要包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理單元，完成對(duì)各子星接收信號(hào)的數(shù)字相關(guān)運(yùn)算，獲得干涉圖像；所述母星還包括一個(gè)同步信號(hào)器，用于向各子星統(tǒng)一提供一個(gè)公共本振信號(hào)或同步信號(hào)，以保證各接收機(jī)所接收信號(hào)的相干性；所述母星與所述子星之間的數(shù)據(jù)傳輸及相干本振或同步信號(hào)的傳輸可通過無線或有線方式來完成。所述母星完成整個(gè)衛(wèi)星與地面之間的通信鏈路。此外，母星與各子星還均需配備太陽能帆板單獨(dú)供電。
在上述技術(shù)方案中，各所述子星相對(duì)于所述母星的位置分布采用針對(duì)空間頻率采樣基線的長度的優(yōu)化方法而得；優(yōu)化方法為1)定義基線的長度就是某兩個(gè)子星之間的距離；2)在N個(gè)子星中每次任取兩個(gè)形成一條基線，共有CN2條基線；3)使這些基線的長度從短到長基本上等間距均勻分布。采用上述優(yōu)化方法獲得的子星的分布，當(dāng)整個(gè)星座系統(tǒng)完成一圈旋轉(zhuǎn)后，干涉測(cè)量將覆蓋整個(gè)空間頻率域，滿足成像運(yùn)算的要求。
在上述技術(shù)方案中，所述母星的位置位于整個(gè)子母衛(wèi)星系統(tǒng)的重心上。
在上述技術(shù)方案中，每個(gè)所述子星通過一個(gè)重力梯度桿和該子母星系統(tǒng)自旋產(chǎn)生的離心力實(shí)現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定，使其單元天線方向圖的主瓣始終指向被觀測(cè)目標(biāo)。
與現(xiàn)有的技術(shù)相比，本實(shí)用新型具有以下優(yōu)點(diǎn)(1)通過子母衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的自旋大大減少實(shí)現(xiàn)高分辨力被動(dòng)微波遙感所需的天線單元數(shù)及相關(guān)器的數(shù)目，提高孔徑稀疏效率，簡化輻射成像儀的系統(tǒng)復(fù)雜度；(2)由于星體的旋轉(zhuǎn)將使每條采樣基線覆蓋所有的方向，優(yōu)化設(shè)計(jì)時(shí)只需考慮基線的長度，從而在同樣單元天線數(shù)量的情況下大大提高了空間頻域覆蓋，提高了空間分辨力；(3)由于基線的優(yōu)化是在整個(gè)二維平面內(nèi)進(jìn)行，因此可以有效的避免了天線單元分布出現(xiàn)局部線性的情況(如Y形、U形、十字形等)，從而可以達(dá)到基線零冗余，天線單元數(shù)可以降低到干涉式綜合孔徑成像理論所限定的最小值；(4)結(jié)合離心力和重力梯度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了簡單的子星姿態(tài)穩(wěn)定控制。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中NASA的HydroSTAR的衛(wèi)星(一維綜合孔徑微波輻射計(jì))示意圖；圖2是本實(shí)用新型的自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)示意圖；
圖3(a)是本實(shí)用新型的實(shí)施例1中8個(gè)子星的優(yōu)化分布示意圖；圖3(b)是本實(shí)用新型的實(shí)施例1中8單元零冗余28條基線長度的優(yōu)化結(jié)果圖；縱坐標(biāo)表示基線的相對(duì)長度，橫坐標(biāo)表示基線順序；圖4(a)是本實(shí)用新型的實(shí)施例行星際CME太陽極軌成像子母衛(wèi)星系統(tǒng)的母星示意圖；圖4(b)是本實(shí)用新型的實(shí)施例行星際CME太陽極軌成像子母衛(wèi)星系統(tǒng)的子星示意圖。
圖5(a)是本實(shí)用新型的實(shí)施例2中8個(gè)子星的優(yōu)化分布示意圖；圖5(b)是本實(shí)用新型的實(shí)施例2中8單元零冗余28條基線長度的優(yōu)化結(jié)果圖；縱坐標(biāo)表示基線的相對(duì)長度，橫坐標(biāo)表示基線順序；具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳細(xì)描述在本實(shí)用新型中，將綜合孔徑技術(shù)與天線單元的旋轉(zhuǎn)掃描結(jié)合起來，利用較少數(shù)目的一組天線單元通過旋轉(zhuǎn)進(jìn)行分時(shí)的空間頻率域采樣，使用同樣多的天線與接收機(jī)單元的情況下，得到了更多的基線組合及更高的空間分辨力；或在同樣空間分辨力的情況下只用很少的天線和接收機(jī)單元，大大減小系統(tǒng)的復(fù)雜度。
實(shí)施例1本實(shí)施例以行星際CME(CMECoronal Mass Ejection，日冕物質(zhì)拋射)太陽極軌自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)為例。利用本實(shí)施例，從大傾角的太陽極軌軌道上(遠(yuǎn)地點(diǎn)0.5-1.5AU)居高臨下的遙感觀測(cè)由太陽發(fā)出的日冕物質(zhì)拋射事件等離子云(在地球軌道附近其等離子密度可達(dá)每立方厘米80，速度可達(dá)1000KM/S)，并對(duì)其進(jìn)行成像監(jiān)測(cè)。特別需要關(guān)注日地連線上的CME。
如圖2所示，數(shù)字10表示按照本實(shí)用新型的本實(shí)施例自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，它由1顆母星11與8顆子星12構(gòu)成，8顆子星12非等間距分布于一個(gè)以母星11為圓心的圓周上，子星12之間間距分布根據(jù)基線采樣優(yōu)化方法確定(將在后面詳述)。圓周直徑100-200米(根據(jù)最后確定的觀測(cè)頻率調(diào)整)，母星11位于系統(tǒng)重心處。每顆子星12通過一根非導(dǎo)電的牽引系繩13與母星11物理連接，因此整個(gè)衛(wèi)星系統(tǒng)自旋穩(wěn)定，轉(zhuǎn)速2轉(zhuǎn)/小時(shí)，自旋軸指向太陽。發(fā)射時(shí)，子星12收攏于母星11內(nèi)，進(jìn)入軌道后通過母星11自旋的離心力慢慢從母星11釋放出來，逐漸達(dá)到探測(cè)時(shí)所要求的空間位置和自旋速度。探測(cè)時(shí)每半小時(shí)取得一幅圖像，圖像空間分辨力為3-6度，視場(chǎng)90-120度，圖像約20×20——100×100個(gè)像素探測(cè)到的行星際CME圖像為灰度圖像。
其中，如圖4(b)所示，每個(gè)子星12包括一圓極化單元天線21，利用已有技術(shù)制作十字形對(duì)稱振子天線，采用頂加載鞭狀天線實(shí)現(xiàn)，其中之一兼作重力梯度桿22；一通信和控制天線23，用于與母星11之間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸及相干本振或同步信號(hào)的傳輸；子星太陽能帆板25，用于給子星提供能源；一接收機(jī)單元，由放大器及模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器組成，用于觀測(cè)目標(biāo)區(qū)域發(fā)出的微波信號(hào)；無線數(shù)字發(fā)射機(jī)，用于向母星傳輸觀測(cè)數(shù)據(jù)；無線數(shù)字接收機(jī)用于從母星接收同步時(shí)鐘信號(hào)；上述接收機(jī)單元、無線數(shù)字發(fā)射機(jī)、無線數(shù)字接收機(jī)均設(shè)置在圖4(b)中所示的殼體25內(nèi)，其連接關(guān)系為本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知。
如圖4(a)所示，母星11主要包括對(duì)地球測(cè)控和通信天線31，用于與地面測(cè)控設(shè)備之間通信；母星太陽能帆板32，用于給母星11提供能源；一數(shù)字信號(hào)處理單元，由數(shù)字相關(guān)器及圖像反演單元兩個(gè)模塊組成，用于完成對(duì)各子星接收信號(hào)的數(shù)字相關(guān)運(yùn)算，獲得干涉圖像；一系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)管理單元，用于系統(tǒng)工作時(shí)序的產(chǎn)生、工作參數(shù)的采集、數(shù)據(jù)打包等系統(tǒng)管理工作；一無線數(shù)字發(fā)射機(jī)，用于向各子星發(fā)送同步時(shí)鐘信號(hào)；一無線數(shù)字接收機(jī)用于從各子星接收觀測(cè)數(shù)據(jù)；上述數(shù)字信號(hào)處理單元、系統(tǒng)控制與數(shù)據(jù)管理單元、無線數(shù)字發(fā)射機(jī)、無線數(shù)字接收機(jī)均設(shè)置在圖4(a)中所示的主體33內(nèi)，8根牽引系繩13的一端連接在主體33的外表面，另一端連接到子星12的殼體25外表面。
在本實(shí)施例中，各部分元件或電路的選取和連接除特別指出外均采用本領(lǐng)域技術(shù)人員熟知的方式實(shí)現(xiàn)。
下面參照?qǐng)D3(a)、(b)介紹本實(shí)施例中8個(gè)子星的分布間距的確定方法1)定義基線的長度就是某兩個(gè)子星之間的距離；2)在8個(gè)子星中每次任取兩個(gè)形成一條基線，共有C82＝28條基線；3)如圖3(a)所示，利用算法作優(yōu)化(如模擬退火算法)，子星在以母星為圓心的圓周上使這些基線的長度從短到長基本上等間距均勻分布；在圖3(a)中，虛線圓周表示以母星11為圓心的平面圓周，三角形表示各子星12分布在圓周上，基線長度的分布參照?qǐng)D3(b)所示。采用上述優(yōu)化方法獲得的子星的分布，當(dāng)整個(gè)星座系統(tǒng)完成一圈旋轉(zhuǎn)后，干涉測(cè)量將覆蓋整個(gè)空間頻率域，滿足成像運(yùn)算的要求。在本實(shí)施例中，采用8個(gè)子星，且8個(gè)子星分布在同一個(gè)以母星為圓心的圓周上，這樣按照上述方法得到的8個(gè)子星的布局如圖3(a)所示。本實(shí)施例僅用來描述本實(shí)用新型，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，本實(shí)用新型的子星數(shù)目不應(yīng)限制在8個(gè)，且子星的分布也不應(yīng)當(dāng)限制在圓周上。
當(dāng)本實(shí)施例提供的自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)處于工作狀態(tài)時(shí)，利用子星上的天線及接收機(jī)完成對(duì)觀測(cè)區(qū)域CME射電輻射的接收，再通過無線方式將已經(jīng)量化的觀測(cè)數(shù)據(jù)從子星傳輸?shù)侥感巧?，在母星上完成?duì)8個(gè)子星接收信號(hào)的數(shù)字相關(guān)及亮溫反演形成圖像。為保證8顆子星接收信號(hào)之間相關(guān)性，由母星11提供一個(gè)公共時(shí)鐘通過無線方式傳輸給子星，實(shí)現(xiàn)整個(gè)成像儀系統(tǒng)的同步接收。
實(shí)施例2如圖5(a)所示，依照本實(shí)用新型的8個(gè)子星的分布情況，仍然使這些基線的長度從短到長基本上等間距均勻分布如圖5(b)所示。不同于實(shí)施例1的是8個(gè)子星沒有分布在圓周上，圖5(a)中的圓周表示以母星為圓心的圓周，三角形表示子星。其它同實(shí)施例1。
按照本實(shí)用新型提供的技術(shù)方案，設(shè)計(jì)出滿足要求的不同數(shù)目子星和不同的分布形式對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員來說是可以勝任的。
從應(yīng)用角度來看，本實(shí)用新型雖主要應(yīng)用于空間科學(xué)探測(cè)和對(duì)地觀測(cè)，但也可應(yīng)用于地面成像設(shè)備。此外，該方案同樣適用于微波頻段以外的更高或更低電磁波譜段的被動(dòng)遙感成像設(shè)備。
最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本實(shí)用新型的技術(shù)方案而非限制。盡管參照實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本實(shí)用新型技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實(shí)用新型的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求1.一種自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，其特征在于，包括一母星；N個(gè)子星，每個(gè)所述子星通過一牽引系繩或剛性伸桿與所述母星物理連接；所述母星與N個(gè)所述子星分布在同一個(gè)平面上；所述N為大于或等于2的整數(shù)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，其特征在于，所述母星與各所述子星均配備有太陽能帆板單獨(dú)供電。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，其特征在于，所述子星主要包括一個(gè)圓極化單元天線與接收機(jī)；所述母星主要包括一個(gè)數(shù)字信號(hào)處理單元；所述母星包括一個(gè)同步信號(hào)器；所述母星完成整個(gè)衛(wèi)星與地面之間的通信鏈路。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，其特征在于，所述母星與所述子星之間的數(shù)據(jù)傳輸及相干本振或同步信號(hào)的傳輸可通過無線或有線方式來實(shí)現(xiàn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，其特征在于，各個(gè)所述子星相對(duì)于所述母星的位置分布采用針對(duì)空間頻率采樣基線的長度的優(yōu)化方法而得；所述優(yōu)化方法為1)定義基線的長度就是某兩個(gè)子星之間的距離；2)在N個(gè)子星中每次任取兩個(gè)形成一條基線，共有CN2條基線；3)使這些基線的長度從短到長基本上等間距均勻分布。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，其特征在于，所述母星的位置位于整個(gè)子母衛(wèi)星系統(tǒng)的重心。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，其特征在于，每個(gè)所述子星通過一個(gè)重力梯度桿和所述成像系統(tǒng)自旋產(chǎn)生的離心力實(shí)現(xiàn)姿態(tài)穩(wěn)定，使其單元天線方向圖的主瓣指向被觀測(cè)目標(biāo)。
8.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述自旋式子母衛(wèi)星被動(dòng)微波干涉成像系統(tǒng)，其特征在于，各個(gè)所述子星布置在以所述母星為圓心的圓周上。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種利用干涉式綜合孔徑成像技術(shù)與天線陣列旋轉(zhuǎn)掃描相結(jié)合來實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的子母衛(wèi)星系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括一母星和N個(gè)子星，各個(gè)所述子星相對(duì)于所述母星的位置分布采用針對(duì)空間頻率采樣基線的長度的優(yōu)化方法而得到。本實(shí)用新型提高了孔徑稀疏效率，簡化輻射成像儀的系統(tǒng)復(fù)雜度，提高了空間頻域覆蓋，提高了空間分辨力，結(jié)合離心力和重力梯度穩(wěn)定，實(shí)現(xiàn)了簡單的子星姿態(tài)穩(wěn)定控制。
文檔編號(hào)G01S13/00GK2837861SQ200520132760
公開日2006年11月15日 申請(qǐng)日期2005年11月18日 優(yōu)先權(quán)日2004年11月25日
發(fā)明者吳季, 劉浩, 何寶宇, 孫偉英 申請(qǐng)人:中國科學(xué)院空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心