基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统

摘要

本发明公开了基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，包括天基平台、SAR探测系统和光学传感系统，天基平台包括姿轨控分系统、结构与机构分系统、热控分系统、电源分系统、综合电子分系统、测控分系统，测控分系统与地面系统或中继卫星通讯；SAR探测系统包括微波信号处理单元和微波收发天线，光学传感系统包括光学镜头和光学接收与处理单元，微波收发天线与光学镜头耦合形成光SAR一体化探测天线。本发明采用上述结构的基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，充分利用天基平台和光SAR一体化探测的优势增量，实现对地面目标的精细化观测。

权利要求

1.基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，其特征在于：包括天基平台、SAR探测系统和光学传感系统，天基平台包括姿轨控分系统、结构与机构分系统、热控分系统、电源分系统、综合电子分系统、测控分系统，测控分系统与地面系统或中继卫星通讯；

SAR探测系统包括微波信号处理单元和微波收发天线，光学传感系统包括光学镜头和光学接收与处理单元，微波收发天线与光学镜头耦合形成光SAR一体化探测天线，光SAR一体化探测天线向微波信号处理单元发送雷达回波信息，光SAR一体化探测天线向光学接收与处理单元发送光谱信息，微波信号处理单元和光学接收与处理单元均与综合电子分系统通讯连接；

光SAR一体化探测天线包括微波收发天线和全谱段反射镜，微波收发天线为抛物面形，微波收发天线的底部中央设置有信号孔，微波收发天线分为高面型精度区和低面型精度区，高面型精度区围绕信号孔分布，低面型精度区围绕高面型精度区分布，全谱段反射镜设置于微波收发天线的上侧中央并对准信号孔，微波收发天线的下侧设置有微波信号处理单元和光学接收与处理单元。

2.根据权利要求1的基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，其特征在于：

姿轨控分系统从综合电子分系统提取星体姿态与轨道信息和目标位置信息，保持平台轨道和平台姿态导引控制的同时计算和规划卫星姿态的调整方式和路径；

结构与机构分系统为各系统提供结构支撑，热控分系统用于控制系统温度，电源分系统为各系统在工作寿命周期内提供能源，结构与机构分系统、热控分系统、电源分系统分别与SAR探测系统、光学传感系统相连接，SAR探测系统和光学传感系统上均设置有电气接口与结构件作为连接结构；

综合电子分系统进行平台各分系统管理，对微波探测与光学传感器信号综合处理；

测控分系统向地面系统或中继卫星传输遥测信息和综合探测信息，并从地面系统或中继卫星获取遥控信息，测控分系统向综合电子分系统转送卫星遥控信息和卫星探测信息。

3.根据权利要求1的基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，其特征在于：微波信号处理单元包括半透半反镜和微波馈源及探测器，全谱段反射镜将低面型精度区反射的微波信号经信号孔反射至半透半反镜，微波信号穿过半透半反镜后入射微波馈源及探测器，从微波馈源及探测器出射的微波信号以相反的路径出射微波收发天线；

微波信号处理单元的侧面设置有光学接收与处理单元，光学接收与处理单元包括光学反射镜和光学探测器，半透半反镜与光学反射镜平行设置，全谱段反射镜将高面型精度区反射的光学信号经信号孔反射至半透半反镜，光学信号依次经半透半反镜和光学反射镜反射后入射光学探测器。

4.根据权利要求3的基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，其特征在于：高面型精度区的孔径a与低面型精度区的孔径b满足： ，λm为光学信号波长，λl为微波信号波长。

5.根据权利要求3的基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，其特征在于：高面型精度区的面积占整个微波收发天线面积的0‑100%。

说明书

基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统

技术领域

[0001] 本发明涉及卫星探测技术领域，尤其是涉及基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统。

背景技术

[0002] 国际上许多著名研究机构都已制定了与遥感观测相关的战略计划，提出其研究重点和优先领域。光学与SAR信息的综合应用均被视为是当前以及未来遥感观测领域的重点发展方向，在目标深度信息提取和特性识别方面具有巨大的应用价值和前景，而如何有效解决多平台、多载荷的多维度信息时空一致性问题是提升探测卫星系统效能的关键。

[0003] 目前国际上尚未有真正的光SAR一体化探测卫星系统得到在轨验证，相关国家和研究机构均处于方案论证或前期验证阶段。我国目前的卫星联合观测系统也面临着单星综合信息匮乏、多星配合响应速率慢等一系列问题。随着遥感探测应用的不断发展和航天技术的日益进步，单一技术手段的成像结果越来越难以满足用户对目标信息全面获取和深入挖掘的需求，亟需开展高效率、多维度的综合遥感卫星技术研究。

发明内容

[0004] 本发明的目的是提供基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，充分利用天基平台和光SAR一体化探测的优势增量，实现对地面目标的精细化观测。

[0005] 为实现上述目的，本发明提供了基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，包括天基平台、SAR探测系统和光学传感系统，天基平台包括姿轨控分系统、结构与机构分系统、热控分系统、电源分系统、综合电子分系统、测控分系统，测控分系统与地面系统或中继卫星通讯；

[0006] SAR探测系统包括微波信号处理单元和微波收发天线，光学传感系统包括光学镜头和光学接收与处理单元，微波收发天线与光学镜头耦合形成光SAR一体化探测天线，光SAR一体化探测天线向微波信号处理单元发送雷达回波信息，光SAR一体化探测天线向光学接收与处理单元发送光谱信息，微波信号处理单元和光学接收与处理单元均与综合电子分系统通讯连接；

[0007] 光SAR一体化探测天线包括微波收发天线和全谱段反射镜，微波收发天线为抛物面形，微波收发天线的底部中央设置有信号孔，微波收发天线分为高面型精度区和低面型精度区，高面型精度区围绕信号孔分布，低面型精度区围绕高面型精度区分布，全谱段反射镜设置于微波收发天线的上侧中央并对准信号孔，微波收发天线的下侧设置有微波信号处理单元和光学接收与处理单元。

[0008] 优选的，姿轨控分系统从综合电子分系统提取星体姿态与轨道信息和目标位置信息，保持平台轨道和平台姿态导引控制的同时计算和规划卫星姿态的调整方式和路径；

[0009] 结构与机构分系统为各系统提供结构支撑，热控分系统用于控制系统温度，电源分系统为各系统在工作寿命周期内提供能源，结构与机构分系统、热控分系统、电源分系统分别与SAR探测系统、光学传感系统相连接，SAR探测系统和光学传感系统上均设置有电气接口与结构件作为连接结构；

[0010] 综合电子分系统进行平台各分系统管理，对微波探测与光学传感器信号综合处理；

[0011] 测控分系统向地面系统或中继卫星传输遥测信息和综合探测信息，并从地面系统或中继卫星获取遥控信息，测控分系统向综合电子分系统转送卫星遥控信息和卫星探测信息。

[0012] 优选的，微波信号处理单元包括半透半反镜和微波馈源及探测器，全谱段反射镜将低面型精度区反射的微波信号经信号孔反射至半透半反镜，微波信号穿过半透半反镜后入射微波馈源及探测器，从微波馈源及探测器出射的微波信号以相反的路径出射微波收发天线；

[0013] 微波信号处理单元的侧面设置有光学接收与处理单元，光学接收与处理单元包括光学反射镜和光学探测器，半透半反镜与光学反射镜平行设置，全谱段反射镜将高面型精度区反射的光学信号经信号孔反射至半透半反镜，光学信号依次经半透半反镜和光学反射镜反射后入射光学探测器。

[0014] 优选的，高面型精度区的孔径a与低面型精度区的孔径b满足： ，λm为光学信号波长，λl为微波信号波长。

[0015] 优选的，高面型精度区的面积占整个微波收发天线面积的0‑100%。

[0016] 因此，本发明采用上述结构的基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，采用平台与探测天线两舱分立配置方式，围绕光SAR一体化探测开展平台适应性设计，充分保障探测应用模式对天基平台能源供给、姿态稳定性、指向精度等能力的需求，并根据实际载荷参调整具体平台参数；微波收发天线与光学镜头采用一体化共口径集成设计，实现对地物目标的同时刻、同区域、同角度探测，达成微波主动探测的收发功能与光学被动探测的接收功能统一。

[0017] 下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

[0018] 图1为本发明基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统实施例的结构示意图；

[0019] 图2为本发明实施例的SAR探测系统和光学传感器系统示意图。

[0020] 附图标记

[0021] 1、光SAR一体化探测天线；11、高面型精度区；12、低面型精度区；13、全谱段反射镜；14、信号孔；2、微波信号处理单元；21、半透半反镜；22、微波馈源及探测器；3、光学接收与处理单元；31、光学反射镜；32、光学探测器。

具体实施方式

[0022] 以下通过附图和实施例对本发明的技术方案作进一步说明。

[0023] 实施例

[0024] 如图1所示，基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，包括天基平台、SAR探测系统和光学传感系统，天基平台包括姿轨控分系统、结构与机构分系统、热控分系统、电源分系统、综合电子分系统、测控分系统。天基平台与SAR探测系统、光学传感系统采用两舱分立的配置方式。

[0025] 姿轨控分系统从综合电子分系统提取星体姿态与轨道信息和目标位置信息，保持平台轨道和平台姿态导引控制的同时计算和规划卫星姿态的调整方式和路径。结构与机构分系统为各系统提供结构支撑，热控分系统用于控制系统温度，电源分系统为各系统在工作寿命周期内提供能源，结构与机构分系统、热控分系统、电源分系统分别与SAR探测系统、光学传感系统相连接，SAR探测系统和光学传感系统上均设置有电气接口与结构件作为连接结构；为SAR探测系统、光学传感系统提供结构支撑、运行监护和能源支持。

[0026] 综合电子分系统进行平台各分系统管理，对微波探测与光学传感器信号综合处理。测控分系统向地面系统或中继卫星传输遥测信息和综合探测信息，并从地面系统或中继卫星获取遥控信息，测控分系统向综合电子分系统转送卫星遥控信息和卫星探测信息。地面系统包括地面测控站或数传站等。

[0027] SAR探测系统包括微波信号处理单元2和微波收发天线，光学传感系统包括光学镜头和光学接收与处理单元3。微波收发天线与光学镜头耦合形成光SAR一体化探测天线1，光SAR一体化探测天线1向微波信号处理单元2发送雷达回波信息，微波信号处理单元2将雷达回波信息处理成SAR回波信息。光SAR一体化探测天线1向光学接收与处理单元3发送光谱信息，光学接收与处理单元3将光谱信息处理成光学图像。对微波信号处理单元2和光学接收与处理单元3，从数据积分时间、数据采样频率、几何分辨率等方面进行匹配设计，最大程度地保证非同源数据参数的一致性和可融合性。微波信号处理单元2和光学接收与处理单元3均与综合电子分系统通讯连接，将SAR回波信息和光学图像发送至综合电子分系统，综合电子分系统对携带有目标几何轮廓、材质构成、行为状态等信息的高时空一致性光学与SAR图像数据经测控分系统与地面系统或中继卫星形成交互落地。

[0028] 光SAR一体化探测天线1包括微波收发天线和全谱段反射镜13，微波收发天线为抛物面形，微波收发天线的底部中央设置有信号孔14。微波收发天线分为高面型精度区11和低面型精度区12，高面型精度区11围绕信号孔14分布，用于反射光学信号；低面型精度区12围绕高面型精度区11分布，用于反射微波信号。全谱段反射镜13设置于微波收发天线的上侧中央并对准信号孔14。来自地面的光学信号以及往返的微波信号被微波收发天线反射到全谱段反射镜13上，全谱段反射镜13将两种信号都反射到信号孔14中。

[0029] 由于光学信号对面型精度要求较高，微波信号对面型精度要求较低，所以实际上整个微波收发天线的发射面都可以反射微波信号。另外，一般意义上的光学镜头由接收镜面和反射镜面组成，在光SAR一体化探测天线1中，微波收发天线的高面型精度区11作为反射镜面、全谱段反射镜13作为反射镜面实现了光学镜头的作用。

[0030] 考虑不同波长信号对面型精度的不同约束，将微波收发天线的反射面按波束发散角映射关系划分为不同层区，高面型精度区11的孔径a与低面型精度区12的孔径b满足：，λm为光学信号波长，λl为微波信号波长。

[0031] 高面型精度区11的面积占整个微波收发天线面积的20%。微波收发天线的反射面采用金属膜系，如碳化硅或者铝，结合反射面波前匹配构型的波长不敏感性与金属膜系的电磁波广谱反射特性，在保证各谱段波前相位裕度的同时，利用雷达与光学探测信号通路共口径耦合复用的方式实现光SAR探测一体化。

[0032] 微波收发天线的下侧设置有微波信号处理单元2和光学接收与处理单元3。微波信号处理单元2包括半透半反镜21和微波馈源及探测器22，全谱段反射镜13将低面型精度区12反射的微波信号经信号孔14反射至半透半反镜21，微波信号穿过半透半反镜21后入射微波馈源及探测器22，从微波馈源及探测器22出射的微波信号以相反的路径出射微波收发天线。

[0033] 微波信号处理单元2的侧面设置有光学接收与处理单元3，光学接收与处理单元3包括光学反射镜31和光学探测器32，半透半反镜21与光学反射镜31平行设置，全谱段反射镜13将高面型精度区11反射的光学信号经信号孔14反射至半透半反镜21，光学信号依次经半透半反镜21和光学反射镜31反射后入射光学探测器32。在传输通路上，采用半透半反镜21在信号接收端实现微波与光学信号的空间分离，达成微波主动探测的收发功能与光学被动探测的接收功能统一。

[0034] 因此，本发明采用上述结构的基于光电通路耦合的光SAR一体化卫星探测系统，采用平台与探测天线两舱分立的配置方式，围绕光SAR一体化探测开展平台适应性设计，充分保障探测应用模式对天基平台能源供给、姿态稳定性、指向精度等能力的需求，并根据实际载荷参调整具体平台参数；微波收发天线与光学镜头采用一体化共口径集成设计，实现微波与光学视轴指向、视场范围、空间分辨率等成像参数的统一，从根源上解决非同源探测体制下地物目标多维度信息的参数一致性问题。

[0035] 最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其进行限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而这些修改或者等同替换亦不能使修改后的技术方案脱离本发明技术方案的精神和范围。