專利名稱：機載合成孔徑雷達杠桿臂誤差補償方法
技術領域：
本發(fā)明屬于合成孔徑雷達信號處理技術領域，提出一種機載合成孔徑雷達 (Synthetic Aperture Radar，簡稱SAR)杠桿臂誤差補償方法，以提高機載SAR運動補償?shù)木取?br> 背景技術：
SAR是一種主動式微波成像雷達，它具有分辨率高、作用距離遠、測繪帶寬和全天候工作的特點，在軍、民用領域發(fā)揮了巨大的作用，而機載SAR是合成孔徑雷達發(fā)展的重要方面。機載SAR成像要求載機按預定的直線航跡勻速運動，但是受氣流等因素的影響，載機存在運動誤差，包括偏離直線航跡的誤差和非勻速運動誤差。運動誤差嚴重降低了機載 SAR的成像質量，為了實現(xiàn)高分辨成像，需要運動補償消除載機非理想運動的影響，而運動補償?shù)木戎苯佑绊懽罱K的成像質量。為了補償載機的運動誤差，需要高精度的傳感器測量載機的位置和速度。一般情況下，傳感器的安裝位置和機載SAR天線的安裝位置是不重合的，造成傳感器測量得到的運動參數(shù)與機載SAR天線相位中心的實際運動參數(shù)不符，二者之間 的誤差稱杠桿臂誤差 (或杠臂誤差)。杠桿臂誤差用機載SAR天線相位中心到傳感器安裝位置的矢量來表示， 稱為杠桿臂矢量。隨著載機姿態(tài)的變化，杠桿臂矢量在機載SAR天線波束瞄準線方向的投影和載機前進方向的投影會發(fā)生變化，使得傳感器測量的運動參數(shù)中包含時變的杠桿臂誤差。用含杠桿臂誤差的傳感器測量參數(shù)進行運動補償，會降低機載SAR運動補償?shù)木龋虼诵枰a償杠桿臂誤差。機載SAR杠桿臂誤差補償是機載SAR運動補償處理中的重要一環(huán)，關于杠桿臂誤差的分析和處理如文獻張澄波，“綜合孔徑雷達原理、系統(tǒng)分析與應用”，科學出版社， 1989，304 305頁。該文獻分析了 SAR運動補償處理中杠桿臂誤差校正的要求，指明了杠桿臂誤差補償?shù)幕驹砗突痉治龇椒?。但是，該文獻只分析了杠桿臂誤差的距離向分量對機載SAR運動補償精度的影響，沒有考慮杠桿臂誤差的方位向分量；其次，只給出了杠桿臂誤差的近似分析方法，沒有給出杠桿臂誤差補償?shù)木唧w實施方法。

發(fā)明內容
本發(fā)明提出一種機載SAR杠桿臂誤差補償方法，提高機載SAR運動補償?shù)木?。本發(fā)明的基本思路是首先，計算杠桿臂矢量在機載SAR成像坐標系中的前向、側向和法向分量。然后由前向分量校正載機前向速度，通過脈沖重復頻率(Pulse Repetition Frequency，簡稱PRF)調整補償杠桿臂誤差的方位向分量。最后，由側向和法向分量校正傳感器測量的載機側向和法向運動誤差，補償杠桿臂誤差的距離向分量。本發(fā)明的技術方案是，一種機載SAR杠桿臂誤差補償方法，其特征在于，包括以下步驟步驟1，建立杠桿臂誤差補償?shù)淖鴺讼怠?br> 杠桿臂誤差補償涉及到三個右手直角坐標系機體坐標系、東北天坐標系和成像坐標系a)建立機體坐標系(下標為b)以機載SAR天線的相位中心為原點Q3、Yb軸為機首正方向、Xb軸為右側機翼正方向、垂直于XbYb且豎直向上的方向為法向軸Zb建立機體坐標系。 b)建立東北天坐標系(下標為g):以機載SAR開始成像時的航跡起始點O1為原點建立直角坐標系，三條坐標軸xg、Yg和Zg分別指向東向、北向和天向。c)建立成像坐標系(下標為i):成像坐標系的原點與東北天坐標系的原點重合， 記為O2，表示天向的Zi軸與東北天坐標系的Zg軸重合，以預定航跡方向為Yi,垂直YiZi的方向為側向軸Xi建立成像坐標系，預定航跡與北向的夾角α M稱為預定航跡角。步驟2，在機體坐標系中計算杠桿臂矢量。由于傳感器和機載SAR天線的安裝位置已經固定，在不考慮機體形變的前提下， 杠桿臂矢量在機體坐標系中是固定的。用長度測量儀器測量杠桿臂誤差在機體坐標系中的值，得到杠桿臂矢量= [Yxb \yb Yz bf (公式一)其中Vxb、Vyb、Vzb為傳感器在機體坐標系中的位置。步驟3，在東北天坐標系中計算杠桿臂矢量。按如下公式計算東北天坐標系中的杠桿臂矢量
UUUUUUVug = TbgVub (公式二)其中，坐標變換矩陣Tbg為
cosag sinag Ol 1 0 0 cos6>g 0 sin6>gTbg = -sinag cosag 0 0 cos-sin0 1 0 (公式
_ 00 10 sin^ cos^ -sin0 cos
三)上式中，ag，&, θ g為當前時刻載機的航向角、俯仰角和橫滾角。步驟4，在成像坐標系中計算杠桿臂矢量。按如下公式計算成像坐標系中的杠桿臂矢量
UUUTUUUYu = [Vx Vy Vz l =T Vu (公式四)
1 L 1 y 11J§1 §其中，VXpVyi與Vzi分別為杠桿臂誤差的前向、側向和法向分量
V^ = (cos(ag - are/) cos θ§ + sin(ag - are/) sin cpg sin Gg)賊
+ sin(ag -aref)cos0g^yb
+ (cos(ag - are/)sin0g + sin(ag - are/)sin cpg cos0g )§Jzb
權利要求
1. 一種機載SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔徑雷達)杠桿臂誤差補償方法， 其特征在于，包括以下步驟步驟1，建立杠桿臂誤差補償?shù)淖鴺讼?；a)建立機體坐標系以機載SAR天線的相位中心為原點03、Yb軸為機首正方向、Xb軸為右側機翼正方向、垂直于XJb且豎直向上的方向為法向軸Zb建立機體坐標系；b)建立東北天坐標系以機載SAR開始成像時的航跡起始點O1為原點建立直角坐標系，三條坐標軸Xg、Yg和Zg分別指向東向、北向和天向；c)建立成像坐標系成像坐標系的原點與東北天坐標系的原點重合，記為O2，表示天向的Zi軸與東北天坐標系的Zg軸重合，以預定航跡方向為Yi,垂直YiZi的方向為側向軸Xi建立成像坐標系，預定航跡與北向的夾角0%稱為預定航跡角；步驟2，在機體坐標系中計算杠桿臂矢量；用長度測量儀器測量杠桿臂誤差在機體坐標系中的值，得到杠桿臂矢量
全文摘要
本發(fā)明提出一種機載SAR杠桿臂誤差補償方法。技術方案包括以下步驟步驟1，建立杠桿臂誤差補償?shù)淖鴺讼?；步驟2，在機體坐標系中計算杠桿臂矢量；步驟3，在東北天坐標系中計算杠桿臂矢量；步驟4，在成像坐標系中計算杠桿臂矢量；步驟5，補償杠桿臂誤差的方位向分量；步驟6，補償杠桿臂誤差的距離向分量。本發(fā)明計算杠桿臂矢量在機載SAR成像坐標系中的前向分量，由前向分量校正載機前向速度，通過脈沖重復頻率調整補償杠桿臂誤差的方位向分量；由側向和法向分量校正傳感器測量的載機側向和法向運動誤差，補償杠桿臂誤差的距離向分量。利用本發(fā)明可提高機載SAR運動補償?shù)木取?br> 文檔編號G01S7/40GK102305929SQ20111013905
公開日2012年1月4日 申請日期2011年5月26日 優(yōu)先權日2011年5月26日
發(fā)明者嚴少石, 周智敏, 朱國富, 李建陽, 李悅麗, 黃曉濤, 黎向陽 申請人:中國人民解放軍國防科學技術大學