基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103777201103777201A(43)申请公布日2014.05.07(21)申请号201210398667.2(22)申请日2012.10.19(71)申请人中国航天科工集团第二研究院二〇七所地址100854北京市海淀区永定路50号(72)发明人卢永革姚京萍徐志明(74)专利代理机构核工业专利中心11007代理人高尚梅(51)Int.Cl.G01S13/90(2006.01)G01S19/53(2010.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书4页说明书4页附图2页附图2页(54)发明名称基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法(57)摘要本发明属于目标特性与目标识别技术领域，具体涉及一种基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法。该方法包括如下步骤：第一步：建立载机坐标系；第二步：建立载机坐标系相对地理坐标系的旋转矩阵；第三步：用四个GPS组合测量飞机姿态，四个GPS天线安装位置需要满足的条件：所有天线不能在一条线上，且放在能有效接收卫星数据的位置；第四步：计算旋转矩阵；第五步：估计多普勒中心频率和多普勒调频斜率。该方法用四个GPS组合来代替惯性导航系统实现对载机姿态参数的测量，使机载SAR测量系统在得到高质量、高分辨率SAR图像的同时，又能降低系统研制成本，且具有低功耗的特点。CN103777201ACN10372ACN103777201A权利要求书1/2页1.一种基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：第一步：建立载机坐标系：沿飞机右翼为Y轴，向右为正；沿飞机机腹为Z轴，向下为正；沿飞机鼻锥为X轴，向前为正；（1）α为飞机右翼旋转角度，向上为正，范围：±90°；（2）β为沿飞机机腹轴旋转角度，向右为正，范围：±180°；（3）γ为沿飞机鼻锥旋转角度，右翼向下为正，范围：±180°；第二步：建立载机坐标系相对地理坐标系的旋转矩阵：第三步：用四个GPS组合测量飞机姿态：四个GPS组合的姿态测量系统包括一个主接收机M和相对主接收机M在实时运动模式的三个辅助接收机S0、S1、S2；第四步：计算旋转矩阵Q；(1）假设X0为基线向量M-S0；X1为基线向量M-S1；X2为基线向量M-S2；上标为局部地平线，上标(b）为机身，可表示如下：（2）第五步：估计多普勒中心频率和多普勒调频斜率：多普勒中心频率表示为：其中Rm是飞机到地面之间的距离，Vx和Vz为GPS主接收机M的测量值，值由多普勒谱估计；飞行高度H用雷达高度计测量；未知项仅为俯仰角α和偏航角β；λ表示雷达波长；因此（4）下标i＝1,2,...是迭代数；在迭代的每一步选择和点最吻合的线Y＝AiX+Bi（5）用估计角重新计算所有距离门的多普勒中心频率，多普勒调频斜率用同样的方式重新计算。2.根据权利要求1所述的基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法，其特征在于：所述四个GPS天线安装位置需要满足的条件：所有天线不能在一条线上，且放在能有效接收卫星数据的位置，四个GPS接收机和计算机固定在飞机舱内。3.根据权利要求1或2所述的基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法，其特征在于：所述四个GPS接收机连接关系如下：主接收机M的a端口与计算机连接，主接收机M的b端2CN103777201A权利要求书2/2页口与辅助接收机S0的b端口连接，主接收机M的c端口与辅助接收机S1的b端口连接，主接收机M的d端口与辅助接收机S2的b端口连接；所述计算机用于处理数据。4.根据权利要求1所述的基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法，其特征在于：所述第四步为计算旋转矩阵Q，非线性均方可解决如下：由天线方位向波束宽度服从约束条件QTQ＝I，其中tr(·)是矩阵的迹，I为单位矩阵，符号T为矩阵转置；起飞前先根据飞机位置计算基线向量然后转变向量到载机坐标系。5.根据权利要求1所述的基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法，其特征在于：所述第五步线的估计用最小二乘法得到。3CN103777201A说明书1/4页基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法技术领域[0001]本发明属于目标特性与目标识别技术领域，具体涉及一种基于GPS数据的机载SAR运动补偿方法。背景技术[0002]机载合成孔径雷达(SAR)系统的横向高分辨率是通过对积累时间内的回波信号，进行相干处理来合成比真实孔径长得多的孔径而获得的。由于载机平台在大气中受外界扰动影响较大，载机非匀速直线的平移运动，影响雷达信号的相位，造成相位误差；另外载机由于偏航、俯仰、横滚的角运动，造成天线平台姿态变化，产生天线指向误差。该误差导致如下后果：（1）使图像几何畸变，甚至局部地区分辨率下降；（2）造成压缩波形主瓣展宽及副瓣电平增高，使图像