基于gps數(shù)據(jù)的機(jī)載sar運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于目標(biāo)特性與目標(biāo)識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法。該方法包括如下步驟：第一步：建立載機(jī)坐標(biāo)系；第二步：建立載機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)地理坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣；第三步：用四個(gè)GPS組合測(cè)量飛機(jī)姿態(tài)，四個(gè)GPS天線安裝位置需要滿足的條件：所有天線不能在一條線上，且放在能有效接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的位置；第四步：計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣；第五步：估計(jì)多普勒中心頻率和多普勒調(diào)頻斜率。該方法用四個(gè)GPS組合來(lái)代替慣性導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)載機(jī)姿態(tài)參數(shù)的測(cè)量，使機(jī)載SAR測(cè)量系統(tǒng)在得到高質(zhì)量、高分辨率SAR圖像的同時(shí)，又能降低系統(tǒng)研制成本，且具有低功耗的特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于目標(biāo)特性與目標(biāo)識(shí)別【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002]機(jī)載合成孔徑雷達(dá)(SAR)系統(tǒng)的橫向高分辨率是通過(guò)對(duì)積累時(shí)間內(nèi)的回波信號(hào)，進(jìn)行相干處理來(lái)合成比真實(shí)孔徑長(zhǎng)得多的孔徑而獲得的。由于載機(jī)平臺(tái)在大氣中受外界擾動(dòng)影響較大，載機(jī)非勻速直線的平移運(yùn)動(dòng)，影響雷達(dá)信號(hào)的相位，造成相位誤差；另外載機(jī)由于偏航、俯仰、橫滾的角運(yùn)動(dòng)，造成天線平臺(tái)姿態(tài)變化，產(chǎn)生天線指向誤差。該誤差導(dǎo)致如下后果:(I)使圖像幾何畸變，甚至局部地區(qū)分辨率下降；(2)造成壓縮波形主瓣展寬及副瓣電平增高，使圖像分辨率下降、輪廓模糊、造成假目標(biāo)及方位向比例誤差；(3)積分副瓣電平升高，造成假目標(biāo)、輪廓模糊和重影。因此運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)是實(shí)現(xiàn)高分辨率成像的關(guān)鍵，也是獲取高質(zhì)量機(jī)載SAR圖像的關(guān)鍵。
[0003]載機(jī)非勻速直線的平移運(yùn)動(dòng)，可設(shè)置脈沖重復(fù)頻率隨飛機(jī)水平速率變化，保證脈沖重復(fù)頻率和飛機(jī)水平速率的比率為常數(shù)，從而使方位向接收信號(hào)均勻空間取樣。因此如何提供高精度的載機(jī)姿態(tài)參量來(lái)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是機(jī)載SAR成像過(guò)程的關(guān)鍵技術(shù)。目前的載機(jī)姿態(tài)參量是通過(guò)慣性導(dǎo) 航系統(tǒng)來(lái)實(shí)現(xiàn)，但是慣性導(dǎo)航系統(tǒng)具有價(jià)位高、誤差漂移和積累的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于提供一種基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，用四個(gè)GPS組合來(lái)代替慣性導(dǎo)航系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)載機(jī)姿態(tài)參數(shù)的測(cè)量，使機(jī)載SAR測(cè)量系統(tǒng)在得到高質(zhì)量、高分辨率SAR圖像的同時(shí)，又能降低系統(tǒng)研制成本，且具有低功耗的特點(diǎn)。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采取的技術(shù)方案為:
[0006]一種基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，包括如下步驟:
[0007]第一步:建立載機(jī)坐標(biāo)系:沿飛機(jī)右翼為Y軸，向右為正；沿飛機(jī)機(jī)腹為Z軸，向下為正；沿飛機(jī)鼻錐為X軸，向前為正；
[0008](I) α為飛機(jī)右翼旋轉(zhuǎn)角度，向上為正，范圍:±90° ;
[0009](2) β為沿飛機(jī)機(jī)腹軸旋轉(zhuǎn)角度，向右為正，范圍:±180° ；
[0010](3) Y為沿飛機(jī)鼻錐旋轉(zhuǎn)角度，右翼向下為正，范圍:±180° ；
[0011]第二步:建立載機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)地理坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣:
[0012]
cos a cos/?cos a sin/?-sincr
Q= - cos f sin ^+sin y cos β cos f cos /3+sin f sin a sin β sin f cos a( I)
sin y?ηβ+cos χ sin a cos β - sin f cos +cos f sin a sin cos f cos a
[0013]第三步:用四個(gè)GPS組合測(cè)量飛機(jī)姿態(tài):[0014]四個(gè)GPS組合的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)包括一個(gè)主接收機(jī)M和相對(duì)主接收機(jī)M在實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)模式的三個(gè)輔助接收機(jī)S1、S2 ；
[0015]第四步:計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣Q ;
[0016]假設(shè)Xtl為基線向量M-Stl 為基線向量M-S1 ；X2為基線向量M-S2 ;上標(biāo)(1)為局部地平線，上標(biāo)(b)為機(jī)身，可表示如下:
【權(quán)利要求】
1.一種基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于:該方法包括如下步驟: 第一步:建立載機(jī)坐標(biāo)系:沿飛機(jī)右翼為Y軸，向右為正；沿飛機(jī)機(jī)腹為Z軸，向下為正；沿飛機(jī)鼻錐為X軸，向前為正； (1)α為飛機(jī)右翼旋轉(zhuǎn)角度，向上為正，范圍:±90° ; (2)β為沿飛機(jī)機(jī)腹軸旋轉(zhuǎn)角度，向右為正，范圍:±180° ； (3)Y為沿飛機(jī)鼻錐旋轉(zhuǎn)角度，右翼向下為正，范圍:±180° ； 第二步:建立載機(jī)坐標(biāo)系相對(duì)地理坐標(biāo)系的旋轉(zhuǎn)矩陣:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于:所述四個(gè)GPS天線安裝位置需要滿足的條件:所有天線不能在一條線上，且放在能有效接收衛(wèi)星數(shù)據(jù)的位置，四個(gè)GPS接收機(jī)和計(jì)算機(jī)固定在飛機(jī)艙內(nèi)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于:所述四個(gè)GPS接收機(jī)連接關(guān)系如下:主接收機(jī)M的a端口與計(jì)算機(jī)連接，主接收機(jī)M的b端口與輔助接收機(jī)Stl的b端口連接，主接收機(jī)M的C端口與輔助接收機(jī)S1的b端口連接，主接收機(jī)M的d端口與輔助接收機(jī)S2的b端口連接；所述計(jì)算機(jī)用于處理數(shù)據(jù)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于:所述第四步為計(jì)算旋轉(zhuǎn)矩陣Q，非線性均方可解決如下: 由天線方位向波束寬度
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于GPS數(shù)據(jù)的機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，其特征在于:所述第五步線的估計(jì)用最小二乘 法得到。
【文檔編號(hào)】G01S19/53GK103777201SQ201210398667
【公開(kāi)日】2014年5月7日 申請(qǐng)日期:2012年10月19日 優(yōu)先權(quán)日:2012年10月19日
【發(fā)明者】盧永革, 姚京萍, 徐志明 申請(qǐng)人:中國(guó)航天科工集團(tuán)第二研究院二〇七所