在表面上方的高度可变时优化旁视传感器的运行的方法 【技术领域】
本发明涉及一种根据权利要求1的用于在待检测表面上方的高度可变时优化活动的旁视传感器的运行的方法。
背景技术
活动的旁视传感器或旁视仪器基于借助RADAR(RadiowaveDetection And Ranging，无线波检测和测距)或LIDAR(LightwaveRange And Detection，光波测距和检测)进行运行时间测量的原理来工作，并且例如用于借助卫星来对地球表面进行测量和成像。这种活动旁视传感器的一个实例是合成孔径雷达(SAR)系统，该系统也称为旁视雷达。SAR系统按照以下方式运行，即以限定的时间间隔在待检测表面的方向上通过短程运动的天线交替地发射脉冲信号，并且接收回波信号，也就是被扫描过的表面反射的脉冲信号。对于每个被天线照射和扫描的区域，由SAR处理器通过对回波信号的相应数据处理来计算出扫描过的对象的图像。
诸如SAR系统的旁视传感器用其发射的脉冲信号照射与飞行方向垂直的待检测或待测量表面(或大气体)的区域或条纹(swath)，并且从与飞行方向垂直的待检测或待测量表面(或大气体)的区域或条纹(swath)接收回波信号。在传感器的整个飞行轨道期间，传感器的视向通常保持相同，也就是说该视向通常与所发射的脉冲信号(扫描射线)的方向相同，例如根据相对于飞行和天底点方向的取向。即使定义了可自由选择(例如借助相控的RADAR天线)的不同条纹(视角区域)，每个条纹本身在传感器围绕待测量天体的整个飞行(轨道)期间的取向保持不变。但是，旁视传感器和待检测表面之间的距离发生变化，该待检测表面在椭圆轨道上并且围绕非球对称的天体，这可以在图1中识别出来。
因此，在拍摄或扫描期间的时间性能极大地取决于测量表面上方的高度以及取决于待检测区域。例如，如果活动的旁视传感器运行为使得交替地发射脉冲信号并且只能在发射间隙期间接收回波信号，则必须始终匹配脉冲重复频率(PRF：Pulse Repetition Frequency)，也就是在轨道期间发射脉冲信号的频率。但是这大大提高了控制扫描的复杂度。在例如由旁视传感器发射的扫描射线在待测量表面上的入射角是从20°到55°的待检测覆盖区域中，设置多个重叠的、单个可选的条纹，这些条纹就入射角或视角来说的位置在整个轨道期间近似保持不变。基于信号运行时的PRF的可能值在轨道期间变化。通常不可能得到每个条纹(swath)的固定PRF。
【发明内容】
因此本发明要解决的技术问题在于提供一种用于在待检测表面上方的高度可变时优化活动的旁视传感器的运行的方法。
该技术问题通过一种具有本发明特征的用于在待检测表面上方的高度可变时优化活动的旁视传感器的运行地方法来解决。
本发明的一个基本思想在于，依据所确定的旁视传感器的高度通过滚动旋转调节由旁视传感器发射的用于扫描待检测表面的扫描射线，使得待检测表面在旁视传感器的轨道期间的变化得到减小。换句话说，本发明提议将用于校准旁视传感器的天线的滚动规则用于确定待检测表面的要照射的条纹。由此与刚性的天线校准不同，旁视传感器在更长的轨道片段上以恒定的PRF运行，也就是说，该运行尤其是在控制对待检测表面的扫描的复杂度方面得到了优化。此外，针对待检测表面的要扫描的每个条纹的天线射线在旁视传感器的整个轨道期间可以是足够的。
根据实施例，本发明涉及一种在待检测表面上方的高度可变时优化活动的旁视传感器的运行的方法，具有以下步骤：
-连续确定旁视传感器在待检测表面上方的高度，以及
-依据旁视传感器的已确定高度来通过滚动旋转(滚动转向规则)调节由旁视传感器发射的用于扫描待检测表面的扫描射线，使得待检测表面在旁视传感器的轨道期间的变化得到减小。这使得可以简化对待检测表面扫描的控制，因为根据本发明的该实施例，在旁视传感器的更长轨道片段上以恒定PRF进行的运行是一种优化。
根据本发明的实施例，通过滚动旋转的调节可以包括旁视传感器的机械旋转。
在本发明的实施例中，替换或附加的，通过滚动旋转的调节还可以包括通过相应地控制旁视传感器的天线来电子地滚动旋转所发射的扫描射线。
根据本发明的实施例，通过滚动旋转的调节可以包括依据待检测表面来转动由旁视传感器检测的方向。
根据本发明的另一实施例，通过滚动旋转的调节可以包括在旁视传感器和检测的表面之间保持固定的距离。
此外，根据本发明的实施例，通过滚动旋转的调节可以包括保持待检测表面的要被旁视传感器照射的条纹保持固定宽度。
此外，根据本发明的实施例，通过滚动旋转的调节可以包括对于覆盖区域中的要由旁视传感器照射的所有条纹来说在旁视传感器的轨道期间的视角发生共同的变化。
此外，根据本发明的实施例，旁视传感器的对应于其轨道位置的取向可以通过摇摆和倾斜而得到匹配，使得在旁视传感器的整个覆盖区域上保证零多普勒记录几何形状。
在另一实施例中，本发明涉及一种在待检测表面上方的高度可变时优化活动的旁视传感器的运行的装置，该装置用于实施根据本发明的方法并具有：
-用于连续确定旁视传感器在待检测表面上方的高度的第一装置，以及
-用于依据旁视传感器的已确定高度来通过滚动旋转(滚动转向规则)调节由旁视传感器发射的用于扫描待检测表面的扫描射线，使得待检测表面在旁视传感器的轨道期间的变化得到减小的第二装置。该装置例如可以构造为能够集成到卫星中的模块。
最后根据实施例，本发明涉及一种诸如SAR的旁视传感器，其特征在于具有根据本发明的装置。
【附图说明】
本发明的其他优点和应用可能包含在下面结合附图中示出的实施例的描述中。
下面所指出的在附图标记列表中使用的术语以及附图标记在说明书、权利要求书、摘要和附图中使用。
图1示出扫描天体表面的旁视传感器以及该传感器在两个不同高度处检测的表面；
图2A和2B是针对旁视传感器在沿着待检测表面上方的该传感器轨道的不同位置处的不同高度的不同滚动取向；
图3A和3B示出在不同垂直参考的情况下在图2A和2B中示出的测量状况中的重叠；
图4示出用于当待测量表面的高度可变时优化活动的旁视传感器的运行的方法的实施例的流程图；
图5示出活动的旁视传感器的极度简化的结构框图，该旁视传感器具有根据本发明用于当待测量表面的高度可变时优化活动的旁视传感器的运行的装置。
下面，相同和/或功能相同的元件可以具有相同的附图标记。
【具体实施方式】
图1示出SAR系统或SAR卫星10作为旁视传感器的实例，该旁视传感器作为用于扫描天体12的表面的测量仪器而设置。通过传感器10检测的天体12的表面在两个不同的高度处，也就是在传感器在该表面上方的较低高度和较高高度处示出。传感器10的视向，也就是从SAR卫星的天线发射的扫描射线或天线射线的方向在此与高度无关。该视向可以通过视角α给出，也就是在天线射线的主方向和天底点之间的角度。
相反，被扫描射线或天线射线照射并通过传感器10检测的天体12的表面上的区域14(条纹(swath)的待检测倾斜距离间隔)却是与高度相关的。因此，由传感器在天体12的表面上照射的条纹14随着传感器10与表面之间距离的变化而变化，而该距离又取决于传感器10的轨道。在椭圆轨道上以及围绕非球对称的天体，该变化可能是相当大的，例如由于地球扁率，该变化在极化地球飞行轨道与太阳同步的情况下大约等于28km。这种距离变化通常引起PRF的变化，并由此导致对所述扫描的费事的控制。
SAR卫星10的取向可以根据摇摆和倾斜转向规则相应于该SAR卫星的轨道位置得到匹配，由此可以保证在整个覆盖区域上具有“零多普勒记录几何形状”。这对SAR处理是有利的，该SAR处理也就是对由SAR卫星10接收的回波信号进行的处理。
为了减小通过SAR卫星10检测的条纹14的倾斜距离间隔在轨道期间所发生的变化，根据本发明可以依据SAR卫星在表面上方的高度对采用的天线射线进行机械(或电子)的滚动旋转(滚动转向规则)。该滚动旋转使得在需要时额外进行围绕其它轴的运动，以如上所述达到“零多普勒记录几何形状”。
图2示出针对SAR卫星10在天体12的测量表面上方的两个不同高度(在沿着轨道的不同位置处)的天线射线的不同滚动取向。在图2A中示出测量仪器或SAR卫星在所检测的表面上方“深的”高度htief处的滚动取向，在图2B中则示出在“高的”高度hhoch处的滚动取向。在这两种不同滚动取向情况下检测的条纹的倾斜距离间隔用141和142示出。
与图1所示的状况不同，在图1中不对天线射线进行滚动取向，现在SAR卫星10的视角α(htief)和α(hoch)是不同的，并且这些视角由于在这两种情况下不同的天线射线的滚动取向而取决于SAR卫星在所检测的表面上方的高度。天线射线的滚动旋转可以通过机械地旋转整个卫星(滚动转向规则)或/和通过依据条纹地额外转动由该仪器检测的方向来实现。被照射的条纹的标称位置相应于由该测量仪器(孔或天线)照射的区域来移动。
SAR卫星10的视角α与SAR卫星在测量表面上方的高度的相关性通过SAR卫星10中实施的控制来这样调节，即以所述两个不同的视角检测的条纹141和142的倾斜距离间隔尽可能小地变化，从而PRF可以在SAR卫星10的较长的轨道片段上几乎保持恒定。图3示出在不同的垂直参考情况下图2的两个示意图的重叠；图3A是测量表面固定，而图3B是测量仪器的位置固定。
SAR卫星10在轨道期间的视角的改变根据以下示例标准得到优化：
1.保持测量仪器和所检测的表面之间的固定距离需要视角发生最大的变化。较小的视角变化至少减小了距离变化。
2.随着视角的较小变化，可以保持所照射的条纹的固定宽度。
3.在轨道期间对于覆盖区域中的所有条纹进行视角的共同改变可以机械地通过滚动规则来执行。将这种改变的大小与最关键条纹(就点1和点2来说)中的优化校正相匹配通常是一种很好的折衷。
图4示出一种算法的流程图，该算法例如可以由SAR卫星10中实施的控制来执行，并且使得可以在PRF保持尽可能恒定方面优化SAR卫星10的运行。在该算法的第一步骤S10中，连续确定SAR卫星10在天体12的待检测表面上方的高度。然后在接下来的步骤S12中，依据所确定的旁视传感器的高度通过滚动旋转来调节由SAR卫星10发射的用于扫描待检测表面的扫描射线，使得待检测表面在旁视传感器的轨道期间的变化得到减小。这可以通过以下方式进行，即依据所确定的高度针对特定的视角计算一个条纹的所检测的倾斜距离间隔的大小，并且依据该高度改变视角，使得用已改变的视角检测的条纹的倾斜距离间隔具有大致等于针对该特定视角计算的大小。
图5还示出用于优化活动的旁视传感器的运行的装置16的简化框图，该装置16例如可以实施为模块并集成在SAR卫星10中。该装置16具有用于连续确定旁视传感器在待检测表面上方的高度的第一装置18，以及具有实施为依据所确定的旁视传感器的高度通过滚动旋转来调节由该旁视传感器发射的用于扫描待检测表面的扫描射线，使得待检测表面在旁视传感器的轨道期间的变化得到减小的第二装置20。装置18和20可以实施为硬件或软件，或者至少部分地实施为硬件或软件。例如，装置18和20可以通过具有存储器的处理器来实现，在该存储器中以可通过处理器执行的程序的形式存放图4中示意性示出的算法。
与天线的刚性取向相比，借助滚动规则来确定要照射的条纹根据本发明尤其可以实现：
-在更长的轨道片段上能以恒定的PRF运行；在发送器-1(Sentinel)的实例中甚至在整个轨道期间对几乎所有条纹都是恒定的。此外，降低了控制/编程的复杂度。
-在整个轨道期间每个条纹采用测量仪器(天线射线)的相同配置就足以。
附图标记
10旁视传感器
12天体
14条纹的倾斜距离间隔
141条纹的倾斜距离间隔
142条纹的倾斜距离间隔
16用于优化活动的旁视传感器的运行的装置
18装置16的第一装置
20装置16的第二装置
S10-S12方法步骤