專利名稱：綜合總體參數(shù)的星載雙天線sar干涉定標(biāo)器布放方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種星載雙天線干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)地面定標(biāo)器布放方法，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
星載干涉合成孔徑雷達(dá)(InSAR)是近年合成孔徑雷達(dá)發(fā)展領(lǐng)域發(fā)展較為活躍的技術(shù)，具有全天時(shí)、全天候的特征，廣泛應(yīng)用于地形高程測(cè)量。比較典型的星載InSAR系統(tǒng)有星載雙天線SAR和分布式衛(wèi)星SAR，前者由于系統(tǒng)相對(duì)簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)難度小，成本較低，獲得了較大的發(fā)展。干涉參數(shù)是干涉測(cè)高系統(tǒng)的重要概念，包括衛(wèi)星高度、斜距、基線長(zhǎng)度、基線傾角和干涉相位。干涉參數(shù)決定著InSAR系統(tǒng)的干涉性能，其精度直接影響到最終提取的地表高程或形變的精度，因此精確的干涉參數(shù)定標(biāo)是極為重要和必需的。目前干涉參數(shù)的定標(biāo)主要有兩種方法基于相位校正的干涉參數(shù)定標(biāo)；基于敏感度方程的干涉參數(shù)定標(biāo)。第一種方法是基于相位校正的干涉參數(shù)定標(biāo)，利用敏感度方程建立干涉參數(shù)誤差與干涉相位和參考相位之差的關(guān)系，采用方程組求解的方法獲取干涉參數(shù)誤差的估計(jì)值， 利用這一估計(jì)值對(duì)干涉參數(shù)誤差進(jìn)行校正，并應(yīng)用校正后的干涉參數(shù)進(jìn)行干涉高程重建， 進(jìn)而提高干涉測(cè)高精度。第二種方法利用敏感度方程建立干涉參數(shù)誤差和干涉高程測(cè)量誤差間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上，采用方程組求解的方法對(duì)干涉參數(shù)誤差進(jìn)行估計(jì)，進(jìn)而利用參數(shù)誤差估計(jì)值對(duì)干涉參數(shù)進(jìn)行校正?，F(xiàn)在基于這兩種方法的研究多數(shù)應(yīng)用于機(jī)載干涉SAR 系統(tǒng)，定標(biāo)的區(qū)域比較小，幾何關(guān)系比較簡(jiǎn)單，而星載雙天線干涉SAR沿繞地軌道運(yùn)行，待定標(biāo)區(qū)域涉及全球多個(gè)緯度帶，衛(wèi)星工作于不同緯度時(shí)衛(wèi)星高度、測(cè)繪帶寬度和星下點(diǎn)處地球半徑都會(huì)有變化。為了能夠在總體設(shè)計(jì)過程中精確分析干涉定標(biāo)對(duì)系統(tǒng)干涉性能的影響，便于在全球范圍各緯度帶對(duì)所有待驗(yàn)證的總體參數(shù)進(jìn)行干涉定標(biāo)分析，需要將衛(wèi)星軌道參數(shù)、SAR系統(tǒng)參數(shù)等總體設(shè)計(jì)參數(shù)綜合于干涉定標(biāo)過程中。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種綜合總體設(shè)計(jì)參數(shù)的星載雙天線 SAR干涉定標(biāo)器布放方法，該方法使總體設(shè)計(jì)和干涉定標(biāo)緊密地聯(lián)系起來，可以將總體設(shè)計(jì)、SAR成像處理、干涉處理和干涉定標(biāo)作為統(tǒng)一的整體進(jìn)行仿真試驗(yàn)，既提高了干涉SAR 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)質(zhì)量，又從總體角度給干涉定標(biāo)提供了重要參考。本發(fā)明的技術(shù)解決方案一種綜合總體設(shè)計(jì)參數(shù)的星載雙天線SAR干涉定標(biāo)器布放方法，是根據(jù)總體參數(shù)分析星載SAR天線對(duì)地面的覆蓋情況，再利用敏感度矩陣分析的方法得出地面定標(biāo)器布放規(guī)則，并通過坐標(biāo)轉(zhuǎn)換算法獲得各定標(biāo)器的經(jīng)緯度信息，可以針對(duì)全球各緯度帶進(jìn)行分析，實(shí)現(xiàn)了針對(duì)全球范圍的干涉定標(biāo)分析。本發(fā)明的原理為首先給出星載雙天線SAR干涉定標(biāo)的基本原理。

圖1所示為星載雙天線hSAR的干涉原理圖，hInSAK為地面目標(biāo)處的地心距，根據(jù)圖中幾何關(guān)系可以得到如下表示
權(quán)利要求
1.綜合總體參數(shù)的星載雙天線SAR干涉定標(biāo)器布放方法，其特征在于實(shí)現(xiàn)步驟如下 第一步，求解衛(wèi)星過頂時(shí)間、；第二步，計(jì)算主天線波束在地面的覆蓋情況，得到波束中心、近端波束線和遠(yuǎn)端波束線的地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)的經(jīng)緯度，并計(jì)算測(cè)繪帶寬度，具體計(jì)算為 (2. 1)計(jì)算主天線波束中心瞄準(zhǔn)點(diǎn)的經(jīng)度Aci和緯度CDtl ； 瞄準(zhǔn)點(diǎn)經(jīng)度A0為IanA0=^x爐瞄準(zhǔn)點(diǎn)緯度Φο為SinO0=ZgoVxK+4(17)(18)其中(xg。，yg。，zg0)為瞄準(zhǔn)點(diǎn)在地固坐標(biāo)系Ee中的坐標(biāo)；(2. 2)計(jì)算主天線近端波束線的地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)的經(jīng)緯度(Λν，ΦΝ)，遠(yuǎn)端波束線的地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)的經(jīng)緯度(AF，Φρ)；近端波束線地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)的經(jīng)度為VNtan An =^X爐(19)近端波束線地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)的緯度為ZNsin On=go如丨+丨ζ.O / \ 9N V , N Vgo, v go, (20) 其中(^，；^，^!)是主天線近端波束線的地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)在地固坐標(biāo)系Ee中的坐標(biāo)矢量； 遠(yuǎn)端波束線地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)的經(jīng)度為 /tan Af =^fX爐(21)遠(yuǎn)端波束線地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)的緯度為Fsin Of = ,Zgo(22)其中 …；^,^。是主天線遠(yuǎn)端波束線的地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)在地固坐標(biāo)系Ee中的坐標(biāo)矢量；(2. 3)根據(jù)衛(wèi)星過頂時(shí)刻對(duì)應(yīng)的天線近端波束線和遠(yuǎn)端波束線地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)的經(jīng)緯度計(jì)算測(cè)繪帶的寬度W，W = ΨΝΡ· Re (23)其中民表示本地地球半徑；Vnf為天線近端波束線與遠(yuǎn)端波束線的地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)之間對(duì)應(yīng)的地心夾角ΨNF = arccos [sin (ΦΝ) Sin(Op) +cos (ΦΝ) cos (Of) cos (A F-AN) ] (24) 第三步，利用第二步求得的測(cè)繪帶寬度W和衛(wèi)星系統(tǒng)參數(shù)針對(duì)InSAR系統(tǒng)建立敏感度2矩陣，所述衛(wèi)星系統(tǒng)參數(shù)包括衛(wèi)星高度H、基線長(zhǎng)度B、基線傾角θ b ;根據(jù)對(duì)定標(biāo)器布放的約束條件，求得定標(biāo)器布放參數(shù)，所述布放參數(shù)包括定標(biāo)器個(gè)數(shù)L、第一個(gè)定標(biāo)器與星下點(diǎn)之間的地距Cl1和定標(biāo)器之間的地距間隔Δ d，定標(biāo)器布放參數(shù)計(jì)算步驟如下 (3. 1)建立星載雙天線干涉SAR的敏感度矩陣F，
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合總體參數(shù)的星載雙天線SAR干涉定標(biāo)器布放方法，其特征在于所述步驟(2. 1)中(Xg。，yg。，zg0)計(jì)算如下(1)計(jì)算t。時(shí)刻衛(wèi)星在地球慣性坐標(biāo)系Etj中的位置(x。s，y。s，zj ； 利用下式計(jì)算衛(wèi)星軌道極矢徑r
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的綜合總體參數(shù)的星載雙天線SAR干涉定標(biāo)器布放方法，其特征在于所述第四步中(xgi，ygi，zgi)計(jì)算如下(1)根據(jù)第三步求出的定標(biāo)器個(gè)數(shù)L、第一個(gè)定標(biāo)器與星下點(diǎn)之間的地距Cl1和定標(biāo)器之間的地距間隔Δ d，計(jì)算各定標(biāo)器在衛(wèi)星同步場(chǎng)景坐標(biāo)系Ess中的位置矢量；設(shè)L個(gè)定標(biāo)器的地距分別為dpi = 1，…，L，則各定標(biāo)器在衛(wèi)星同步場(chǎng)景坐標(biāo)系Ess中的位置矢量為Vss= (0, Cli-Cl0,0), i = 1,…，L，其中dQ為主天線波束中心的地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)與星下點(diǎn)之間的地距，計(jì)算過程如下 d0 = V0 ‘ Re (32)其中R6表示本地地球半徑，Vtl為波束中心地面瞄準(zhǔn)點(diǎn)與星下點(diǎn)之間的地心夾角，可以根據(jù)球面三角關(guān)系做如下計(jì)算Ψ0 = arccos[sin(O0) sin( δ )+cos(O0)cos δ cos(A0-X )] (33) 其中δ，λ分別表示t(l時(shí)刻星下點(diǎn)的地心緯度和地心經(jīng)度；(2)將定標(biāo)器在衛(wèi)星同步場(chǎng)景坐標(biāo)系Ess中的位置矢量轉(zhuǎn)換到地球同步場(chǎng)景坐標(biāo)系Ese中Vse = AesVss (34)其中Aes為由衛(wèi)星同步場(chǎng)景坐標(biāo)系Ess到地球同步場(chǎng)景坐標(biāo)系Ese的轉(zhuǎn)換矩陣；(3)將各定標(biāo)器位置坐標(biāo)轉(zhuǎn)換到地固坐標(biāo)系Ee中，過程如下
全文摘要
綜合總體參數(shù)的星載雙天線SAR干涉定標(biāo)器布放方法，基于干涉敏感度矩陣分析，充分利用總體設(shè)計(jì)給定的衛(wèi)星軌道、SAR雷達(dá)系統(tǒng)等參數(shù)信息，給出敏感度矩陣的列滿秩性對(duì)定標(biāo)器布放的約束條件和定標(biāo)器的布放規(guī)則；本發(fā)明將星載SAR覆蓋性能分析和干涉敏感度矩陣分析相結(jié)合，使得干涉定標(biāo)器布放規(guī)則的制訂可以從總體設(shè)計(jì)階段開始考慮，為后續(xù)定標(biāo)工作提供重要的指導(dǎo)；本發(fā)明利用了衛(wèi)星軌道要素等參數(shù)，所以實(shí)現(xiàn)了針對(duì)全球范圍內(nèi)各緯度區(qū)域的定標(biāo)器布放規(guī)則分析，為全球DEM數(shù)據(jù)測(cè)量的工程實(shí)現(xiàn)提供了決策依據(jù)，具有重要的理論意義和工程實(shí)用價(jià)值。
文檔編號(hào)G01S7/40GK102323571SQ20111014505
公開日2012年1月18日 申請(qǐng)日期2011年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2011年5月31日
發(fā)明者馮亮, 徐華平, 李春升 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)