机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统的定标方法技术方案

本发明专利技术提供了一种机载混合顺轨‑交轨干涉合成孔径雷达定标方法，该方法针对机载混合顺轨‑交轨干涉合成孔径雷达，建立了新的基线矢量模型，根据此模型和载机姿态角信息能够描述混合干涉SAR系统任意时刻的基线矢量；在新的基线矢量模型的基础上，对混合干涉SAR系统的待定标参数进行了修改，并提出了适用于机载混合顺轨‑交轨干涉合成孔径雷达的定标方法，该方法通过对某一时刻基线分量的标定来实现对基线长度和两个基线角的定标，避免了复杂的公式计算，更加容易实现。

【技术实现步骤摘要】
机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统的定标方法
本专利技术属于合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)
，具体涉及一种机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达定标方法。
技术介绍
合成孔径雷达是一种先进的主动式微波对地观测手段，因具有全天时、全天候、高分辨率以及对地面植被具有一定的穿透性等工作能力而得到广泛应用。干涉合成孔径雷达(InterferometricSyntheticApertureRadar，干涉SAR或InSAR)是无线电干涉测量技术与合成孔径雷达技术的结合，其利用两个天线获取的雷达数据进行干涉处理获得地形高程、目标径向速度、地形形变等信息。干涉SAR系统中两个天线相位中心之间的相对位置称为干涉基线，按照基线类型干涉SAR可以分为两个天线相位中心沿航迹方向放置、对运动目标径向速度敏感的顺轨干涉SAR(Along-TrackInterferometricSAR，ATI-SAR)以及两个天线相位中心沿垂直航迹方向放置、对地形高程敏感的交轨干涉SAR(Cross-TrackInterferometricSAR，XTI-SAR)。混合顺轨-交轨干涉SAR(HybridAlong-trackandCross-trackInterferometricSyntheticApertureRadar，简称AT-XIInSAR)系统为两个天线相位中心之间的基线矢量既包含了沿航迹方向的顺轨基线分量、又包含了垂直航迹方向的交轨基线分量的干涉SAR系统，能够同时用于地面动目标检测及地形高程反演。干涉定标是干涉SAR获得高精度测量结果的关键技术之一。目前关于干涉SAR定标的研究主要是针对机载双天线XTI-SAR系统，如2009年电子所张薇博士的学位论文《机载双天线干涉SAR定标方法研究》，XTI-SAR系统的基线矢量模型为[B，α]，其中B为基线长度，α为基线角，待定标参数为[Δφ，B，α]，Δφ为干涉相位偏差，定标方法为经典的基于敏感度方程的定标方法，利用定标场控制点的高程信息直接对待定标参数进行定标。上述干涉SAR定标技术不适用于混合干涉SAR系统的定标，主要体现在：第一、基线矢量模型对AT-XTInSAR系统而言不充分，具体来说，混合AT-XTInSAR系统由于同时具有顺轨基线分量和交轨基线分量，相比于单纯的ATI-SAR或者XTI-SAR系统，其基线矢量模型更加复杂，上述基线矢量模型不能全面、正确地描述AT-XTInSAR系统的基线特点，因此需要针对混合AT-XTInSAR系统对基线进行重新建模。第二，同上，由于上述基线矢量模型不适用于机载AT-XTInSAR系统，因此上述待定标的参数也不能涵盖全部的AT-XTInSAR系统待定标参数，待定标参数需要进行相应的修改。第三、定标方法只是针对XTI-SAR系统进行定标，只属于AT-XTInSAR系统顺轨基线为零时的一种特殊情况，需要研究适用于混合AT-XTInSAR系统的定标方法。
技术实现思路
(一)要解决的技术问题本专利技术的目的在于，提供一种机载混合AT-XTInSAR系统的定标方法，能够正确、全面地对机载混合AT-XTInSAR系统的干涉参数进行定标。(二)技术方案本专利技术提供一种机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统的定标方法，用于对机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统中基线矢量模型的干涉参数进行定标，其中，机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统包括前置天线和后置天线，将前置天线作为参考天线，后置天线与前置天线之间的相对位置关系用基线矢量模型表示，干涉参数包括前置天线和后置天线之间的基线长度、顺轨基线角和交轨基线角，其中，基线长度是指前置天线相位中心与后置天线相位中心之间的长度，顺轨基线角是指基线矢量与yoz平面的夹角，交轨基线角是指基线矢量在yoz平面的投影与y轴之间的夹角，方法包括：S1，标定顺轨基线分量；S2，标定干涉相位偏置、交轨基线长度和交轨基线角；S3，根据交轨基线长度和交轨基线角，计算交轨基线分量；S4，根据顺轨基线分量和交轨基线分量，计算载机坐标系下的基线矢量；S5，根据载机坐标系下基线矢量，计算基线长度和顺轨基线角的定标结果。(三)有益效果1、本专利技术针对机载AT-XTInSAR系统建立了包含了基线长度、顺轨基线角和交轨基线角的新基线矢量模型，该模型能够全面地描述机载AT-XTInSAR系统的基线特点，且能够根据载机姿态信息获得任意时刻的基线矢量表达式。2、本专利技术的基线矢量模型中的参数能够正确、全面地描述机载AT-XTInSAR系统的定标需求，从而为定标方法研究提供基础。3、本专利技术通过标定某一时刻的三个基线分量间接实现了基线长度和两个基线角的标定，避免了复杂的公式计算，实现了机载AT-XTInSAR系统干涉参数的定标。附图说明图1是本专利技术载机坐标系中混合基线InSAR基线矢量模型。图2A是本专利技术载机混合AT-XTInSAR系统的工作几何图。图2B是本专利技术方位校准后载机混合AT-XTInSAR系统的工作几何图。图3是本专利技术提供的机载混合AT-XTInSAR系统的定标方法的流程图。图4是本专利技术中基于敏感度方程的交轨基线分量定标算法流程图。具体实施方式本专利技术提供一种机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达定标方法，该方法针对机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达，建立了新的基线矢量模型，根据此模型和载机姿态角信息能够描述混合干涉SAR系统任意时刻的基线矢量；在新的基线矢量模型的基础上，对混合干涉SAR系统的待定标参数进行了修改，并提出了适用于机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达的定标方法，该方法通过对某一时刻基线分量的标定来实现对基线长度和两个基线角的定标，避免了复杂的公式计算，更加容易实现。图1是本专利技术载机坐标系中混合基线InSAR基线矢量模型，如图1所示，x方向为机头方向，z为垂直机身向上的方向，y与二者成右手准则。图中A1、A2分别为两个天线相位中心的位置，B代表两个天线相位中心之间的物理基线长度，基线角α1为基线矢量与yoz平面的夹角，基线角α2为基线矢量在yoz平面的投影与y轴之间的夹角。如图1所示，在载机坐标系下，基线矢量可以表示为：其中，Bx1、By1、Bz1分别为载机坐标系下基线矢量在三个坐标轴方向的分量大小。上式写成矩阵形式为：其中，[Γ1]、[Γ2]为与基线角相关的旋转矩阵：由公式(1)可以看出，由于基线角α2只影响交轨基线分量的大小，因此称之为交轨基线角，其与XTI-SAR中的基线角α相对应。与XTI-SAR系统相比，此模型中多了一个基线角α1，此基线角非零时会导致顺轨干涉基线分量Bx的出现，实际上α1也影响交轨基线分量的大小，这里为了与交轨基线角对应(区分)，称α1为顺轨基线角。实际飞行中由于气流等影响，载机会发生偏航、俯仰、滚转的姿态变化，此时瞬时基线分量在大地坐标系中也会发生相应变化。受姿态影响后大地坐标系中瞬态基线矢量变为：式中为大地坐标系中的瞬态基线矢量，矩阵[Y]、[P]、[R]分别表示与偏航角、俯仰角和滚转角相关的旋转矩阵：其中θy为偏航角，θp为俯仰角，θr为滚转角。在ATI-SAR系统中，主要考虑偏航角和俯仰角影响，而在XTI-SAR系统中，则主要考虑滚转角的影响。在本专利技术的混合AT本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载混合顺轨‑交轨干涉合成孔径雷达系统的定标方法，用于对机载混合顺轨‑交轨干涉合成孔径雷达系统中基线矢量模型的干涉参数进行定标，其中，所述机载混合顺轨‑交轨干涉合成孔径雷达系统包括前置天线和后置天线，其特征在于，将前置天线作为参考天线，后置天线与前置天线之间的相对位置关系用基线矢量模型表示，所述干涉参数包括前置天线和后置天线之间的基线长度、顺轨基线角和交轨基线角，其中，基线长度是指前置天线相位中心与后置天线相位中心之间的长度，顺轨基线角是指基线矢量与yoz平面的夹角，交轨基线角是指基线矢量在yoz平面的投影与y轴之间的夹角，方法包括：S1，标定顺轨基线分量；S2，标定干涉相位偏置、交轨基线长度和交轨基线角；S3，根据交轨基线长度和交轨基线角，计算交轨基线分量；S4，根据顺轨基线分量和交轨基线分量，计算载机坐标系下的基线矢量；S5，根据载机坐标系下基线矢量，计算基线长度和顺轨基线角的定标结果。

【技术特征摘要】
1.一种机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统的定标方法，用于对机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统中基线矢量模型的干涉参数进行定标，其中，所述机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统包括前置天线和后置天线，其特征在于，将前置天线作为参考天线，后置天线与前置天线之间的相对位置关系用基线矢量模型表示，所述干涉参数包括前置天线和后置天线之间的基线长度、顺轨基线角和交轨基线角，其中，基线长度是指前置天线相位中心与后置天线相位中心之间的长度，顺轨基线角是指基线矢量与yoz平面的夹角，交轨基线角是指基线矢量在yoz平面的投影与y轴之间的夹角，方法包括：S1，标定顺轨基线分量；S2，标定干涉相位偏置、交轨基线长度和交轨基线角；S3，根据交轨基线长度和交轨基线角，计算交轨基线分量；S4，根据顺轨基线分量和交轨基线分量，计算载机坐标系下的基线矢量；S5，根据载机坐标系下基线矢量，计算基线长度和顺轨基线角的定标结果。2.根据权利要求1所述的机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统的定标方法，其特征在于，所述步骤S1包括，从定标场获取定标数据，并对该定标数据进行方位向时间校准，得到方位向时间校准量Δt，根据方位向时间校准量Δt和载机平台速度vp标定顺轨基线分量Bx：Bx＝vp·Δt其中，所述定标场中放置有至少3个静止的角反射器，用于获取所述定标数据。3.根据权利要求2所述的机载混合顺轨-交轨干涉合成孔径雷达系统的定标方法，其特征在于，所述步骤S2包括，利用敏感度方程标定干涉相位偏置Δφ、交轨基线长度B⊥和交轨基线角α2，其中，所述敏感度方程为：

【专利技术属性】
技术研发人员：张慧，洪峻，仇晓兰，李纪传，
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