用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动误差测量装置制造方法及图纸

技术编号:10094037 阅读:197 留言:0更新日期:2014-05-28 18:12
本发明专利技术公开了一种用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动误差测量装置,由传感器单元、采集单元和数据处理及运动误差输出单元构成。传感器单元获取雷达载体的三个方向加速度和全球定位系统位置信息;数据采集单元在脉冲重复频率信号的控制下,用于将三个方向加速度进行数字化处理并和GPS位置信息组包输出;数据处理单元,用于处理GPS和加速度数据得到雷达载体的位置和速度,然后解算并向合成孔径雷达系统输出雷达视线方向的平动误差和航向上的速度误差。本发明专利技术减少了传感器的数量,具有运动姿态测量、运动误差解算和输出功能,特别适合在合成孔径雷达中应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动误差测量装置,由传感器单元、采集单元和数据处理及运动误差输出单元构成。传感器单元获取雷达载体的三个方向加速度和全球定位系统位置信息;数据采集单元在脉冲重复频率信号的控制下,用于将三个方向加速度进行数字化处理并和GPS位置信息组包输出;数据处理单元,用于处理GPS和加速度数据得到雷达载体的位置和速度,然后解算并向合成孔径雷达系统输出雷达视线方向的平动误差和航向上的速度误差。本专利技术减少了传感器的数量,具有运动姿态测量、运动误差解算和输出功能,特别适合在合成孔径雷达中应用。【专利说明】用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动误差测量装置
本专利技术涉及运动测量装置领域,特别涉及一种用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动误差测量装置。
技术介绍
合成孔径雷达系统是一种微波遥感成像设备。它能够获取地物的二维散射系数分布图像,具有全天时、全天候工作的优点,应用遍及国防和民用等各个领域,发挥了巨大的作用。合成孔径雷达理论研究的不断深入,新的雷达体制和方法不断涌现,加之超大规模集成电路的应用,使得合成孔径雷达技术近年来获得了迅猛发展。多模式、多波段、多极化、多功能等成为合成孔径雷达的主要特点。雷达技术的提高和单个集成电路器件的能力强大,轻小型合成孔径雷达成为合成孔径雷达发展的一个重要方向,雷达的小型化大大拓展了合成孔径雷达的应用平台。通过调研发现:现在轻小型无人飞行器发展势头迅猛,被广泛用于航拍、反恐、救援、播种等场合,并且其采购和维护成本随着技术的发展不断降低,加上国家的民用低空飞行领域的不断开方,可以遇见:轻小型无人飞行器前景一片光明。综上,合成孔径雷达和轻小型无人飞行器的同步快速发展,使得两者的结合从理论上的探讨变成了现实。两者的结合有很多优点:1)拓展了合成孔径雷达的应用范围;2)便利于科研试验;3)提高了作业效率。正因为这样,两者的结合成为国内外研究的热点课题。轻小型无人飞行器由于体积小,重量轻,在飞行的过程中极易受侧风和大气紊流的影响,飞行姿态稳定性不好,存在偏移直线的平动误差和航线上的非匀速运动;根据合成孔径雷达工作原理,要求雷达载体匀速直线运动,而轻小型无人飞行器飞行的姿态不稳定会产生最终雷达图像散焦、几何畸变等影响,严重时雷达无法成像。因此,运动补偿是轻小型合成孔径雷达在轻小型无人飞行器上获取高质量雷达图像所必须采取的一个环节。雷达运动补偿有两种方法:基于传感器的运动补偿和基于原始数据的运动补偿。这里只关注第一种方法。传统的基于传感器的运动补偿方法为:使用惯性测量装置测出雷达天线相位中心的位置、速度、加速度和转动角度等信息,然后通过天线稳定平台补偿天线指向误差;通过地速跟踪补偿前向速度误差;通过调整采样起始时刻和叠加相位来补偿平动误差。该方法补偿精度的提高在很大程度上取决于惯性测量装置的精度,同时绝大多数雷达都采用现有的货架产品作为运动姿态测量装置。这种方式存在的问题:I)轻小型飞行器对重量特别敏感,现有的惯性测量设备重量重,不适合在该类飞行器上应用;2)为了获取高精度的运动测量参数,就需要采用高精度的惯导测量装置,通常精度越高,惯导设备价格贵,这与低成本的雷达设备相矛盾;3)现有的惯性测量设备工作频率低,通常只有20Hz左右,而雷达的工作频率高达IOOOHz左右,为了将惯性测量设备测量出来的信息应用到合成孔径雷达,需要进行插值等处理;4)现有的惯性测量设备输出位置、姿态、速度和加速度信息,对雷达设备而言,存在两个方面的问题:一方面,信息存在大量冗余;另一方面,雷达不能够直接利用这些信息,而是需要对它们进行预处理,转换成为天线相位中心的运动轨迹和姿态信息,然后才能够补偿。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题为了克服通用惯性测量设备在轻小型合成孔径雷达系统中应用存在的问题,本专利技术的目的是提出的一种用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动测量装置在满足合成孔径雷达系统中运动补偿要求的同时,降低了成本和重量。(二)技术方案本专利技术提供的一种用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动误差测量装置包括传感器单元、数据采集单元和数据处理单元,其中:传感器单元,用于获取雷达载体的三个方向加速度和全球定位系统(GlobalPositioning System-GPS)位置信息;数据采集单元,在脉冲重复频率信号的控制下,用于对三个方向加速度进行数字化处理,将数字化的三个方向加速度与GPS位置信息组包后,并输出GPS位置数据和加速度数据;数据处理单元,用于对GPS位置数据和加速度数据进行处理,得到雷达载体的位置和速度,然后解算并向合成孔径雷达系统输出雷达视线方向的平动误差和航向上的速度误差。(三)有益效果本专利技术提供的一种用于轻小型合成孔径雷达系统中的低成本运动误差测量装置具有以下优点:I)成本低;在一套惯性测量装置中,最贵的部件为三个方向的陀螺,在本专利技术提出的运动误差测量装置无需测量运动姿态,所以省略了陀螺,导致最终的成本很低;2)体积小,重量轻;由于没有体积庞大的陀螺,所以整个装置的硬件部件为GPS接收机、三个方向的加速度计和包含数据采集在内的高集成度处理单元,硬件数量少,重量轻(只有IOOg左右);如果设计合理,可以采用分布式设计,将加速度计与天线结合设计,将处理部分融合在雷达的处理器中,达到该装置融入雷达的目的;3)实时性高;本专利技术提供的低成本运动误差测量装置受控于雷达系统,接收雷达的脉冲重复频率信号,每一个脉冲重复频率信号输出雷达的运动误差参数,实时性高。4)功能强。本装置是在深入研究机载合成孔径雷达运动补偿的理论和方法后,专门针对轻小型合成孔径雷达系统量身打造的一款低成本运动误差测量装置,在同一套处理单元中结合了运动参数解算和运动误差测量,直接提供运动误差参数给合成孔径雷达雷达系统用于运动补偿,减少了合成孔径雷达雷达系统运动补偿的压力,这是传统惯导设备所无法比拟的。【专利附图】【附图说明】图1示出了本专利技术中运动误差测量装置系统组成框图;图2示出了本专利技术中机载合成孔径雷达纵向运动误差示意图;图3示出了本专利技术中机载合成孔径雷达横向运动误差示意图;图4示出了本专利技术中数据采集单元中模数变换器同步控制信号产生示意图;图5示出了本专利技术中采样触发信号与采样时序关系图;图6示出了本专利技术中运动参数解算示意图; 图7示出本专利技术装置在一次实际飞行试验中获取的视线方向运动误差; 图8a示出机载合成孔径雷达使用运动误差进行运动补偿前的雷达图像; 图8b示出机载合成孔径雷达使用运动误差进行运动补偿后的雷达图像。【具体实施方式】为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白,以下结合一种用于轻小型合成孔径雷达系统中的低成本运动误差测量装置具体实施例,并参照附图,对本专利技术进一步详细说明。图1示出了本专利技术中运动误差测量装置系统组成框图,下面详细介绍本专利技术所采用的技术方案包括传感器单元、数据采集单元和数据处理单元,其中:传感器单元,用于获取雷达载体的三个方向加速度和全球定位系统(Global Positioning System-GPS)位置信息;数据采集单元,在脉冲重复频率信号(Pulse Repetition Frequency-PRF)的控制下,用于对三个方向本文档来自技高网
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【技术保护点】
一种用于轻小型合成孔径雷达系统中低成本运动误差测量装置,其特征在于包括传感器单元、数据采集单元和数据处理单元,其中:传感器单元,用于获取雷达载体的三个方向加速度和GPS位置信息;数据采集单元,在脉冲重复频率信号的控制下,用于对三个方向加速度进行数字化处理,将数字化后三个方向加速度与GPS位置信息组包,并输出GPS位置数据和加速度数据;数据处理单元,用于对GPS位置数据和加速度数据进行处理,得到雷达载体的位置和速度,然后解算并向合成孔径雷达系统输出雷达视线方向的平动误差和航向上的速度误差。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员:李和平王岩飞徐向辉周长义张建龙
申请(专利权)人:中国科学院电子学研究所
类型:发明
国别省市:北京;11

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