一种惯组误差修正方法技术

本发明专利技术公开了一种惯组误差修正方法，涉及合成孔径雷达技术领域，该方法包括建立双基SAR的测距误差模型；建立双基SAR测距的状态方程；建立接收机惯组和发射机惯组的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的观测方程；建立离散型卡尔曼滤波器的递推方程，进行Kalman滤波解算；将双基SAR的测距误差修正信息、接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息反馈到导航解算中，进行导航参数的修正。本方法由双基SAR、接收机惯组和发射机惯组构建的协同导航系统，可提升接收机惯组和发射机惯组误差估计的精度。

A Method of Error Correction for Inertial System

The invention discloses an inertia error correction method, which relates to the technical field of synthetic aperture radar. The method includes establishing the ranging error model of bistatic SAR, establishing the state equation of bistatic SAR ranging, establishing the state equation of receiver inertia unit and transmitter inertia unit, establishing the state equation of cooperative navigation system based on Bistatic SAR and range constraint of detection target, and establishing the state equation based on Bistatic SAR. The observation equation of cooperative navigation system with range constraints of detection target is established; the recursive equation of discrete Kalman filter is established to solve Kalman filter; the correction information of ranging error of bistatic SAR, navigation parameters of receiver inertia unit and transmitter inertia unit are fed back to navigation solution to correct navigation parameters. This method is a cooperative navigation system composed of dual-base SAR, receiver inertial system and transmitter inertial system, which can improve the accuracy of error estimation of receiver inertial system and transmitter inertial system.

【技术实现步骤摘要】
一种惯组误差修正方法
本专利技术涉及合成孔径雷达
，具体涉及一种惯组误差修正方法。
技术介绍
双基SAR系统是指将接收机和发射机分别安装在不同平台上的合成孔径雷达体制，其接收机和发射机可以有不同的空间位置和运动速度。发射机向观测区域发射线性调频信号，接收机接收地面回波信号并进行成像处理。双基SAR由于收发分置而有很多突出的优点，它能获取目标的非后向散射信息，具有作用距离远、隐蔽性和抗干扰性强等特点。双基SAR可以全天时、全天候地提供观测区域的高分辨率图像，因此，双基SAR作为一种空间对地观测的新手段，在灾害监测、资源勘探、地质测绘、军事侦察中都有着广阔的发展空间，在民用和军用领域发挥着越来越重要的作用。在实际过程中，接收站和发射站的惯组误差对双基SAR的成像质量具有重要的影响。准确的惯组数据能够有效地为双基SAR系统设计提供定量的平台参数约束，具有重要的工程应用价值。在双基SAR系统中，由于收发平台分置，惯组误差来源增多，目前并没有一套完整的分析方法或体系来修正惯组误差。
技术实现思路
针对现有技术中存在的缺陷，本专利技术的目的在于提供一种惯组误差修正方法，可提升接收机惯组和发射机惯组误差估计的精度。为达到以上目的，本专利技术采取的技术方案是：一种惯组误差修正方法，用于对双基SAR、发射机惯组和接收机惯组的导航参数进行误差修正，包括如下步骤：以接收机和发射机的时钟误差等效到距离上的误差，建立双基SAR的测距误差模型；基于双基SAR的测距误差模型，建立双基SAR测距的状态方程；建立接收机惯组和发射机惯组的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的观测方程；建立离散型卡尔曼滤波器的递推方程，进行Kalman滤波解算，得到双基SAR的测距误差修正信息、接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息；将双基SAR的测距误差修正信息、接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息反馈到导航解算中，进行双基SAR、接收机惯组和发射机惯组导航参数的修正。在上述技术方案的基础上，上述双基SAR的测距误差模型：dR＝d+δt+υR其中，dR为接收机和发射机与探测目标之间的距离和的测量值，d为接收机和发射机与探测目标之间的距离和的真值，δt为双基SAR时钟误差等效的距离误差，υR为测量噪声。在上述技术方案的基础上，上述接收机和发射机与探测目标之间的距离和的真值为：d＝c·Δt＝r1+r2，其中，c为光速，Δt为接收机与发射机雷达信号的时间差，r1为接收机与探测目标距离的真值，r2为发射机与探测目标距离的真值。在上述技术方案的基础上，上述双基SAR测距的状态方程：其中，XR为状态向量，FR为系统矩阵，GR为系统噪声矩阵，WR为系统噪声向量。在上述技术方案的基础上，单个惯组的状态方程：其中，XI表示状态向量，FI表示系统矩阵，GI表示系统噪声矩阵，WI表示系统噪声向量；同时XI＝[δVN,δVU,δVE,ψN,ψU,ψE,δλ,δL,δh]T其中，δVN、δVU、δVE分别为北天东导航坐标系惯导系统北向、天向、东向的速度误差，ψN、ψU、ψE分别为惯导系统北向、天向、东向的姿态角误差，δλ、δL、δh表分别为经度误差、纬度误差、高度误差。在上述技术方案的基础上，上述接收机惯组和发射机惯组的状态方程：其中，为接收机惯组的状态向量，为发射机惯组的状态向量，为接收机惯组的系统矩阵，为发射机惯组的系统矩阵，为接收机惯组的噪声矩阵，为发射机惯组的噪声矩阵，为接收机惯组的系统噪声向量，为发射机惯组的系统噪声向量。在上述技术方案的基础上，上述基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的观测方程：Z＝H·X+V其中，Z为观测向量，H为测量矩阵，X为状态向量，V为测量噪声。在上述技术方案的基础上，上述卡尔曼滤波器为：双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的状态方程和观测方程可离散化成如下形式：其中，XK为k时刻协同导航系统的状态向量，Φk,k-1为k-1到k时刻协同导航系统的一步转移矩阵，Xk-1为k-1时刻协同导航系统的状态向量，Γk-1为k-1时刻协同导航系统的系统噪声矩阵，Wk-1为k-1时刻协同导航系统的噪声向量，Zk为k时刻协同导航系统的观测向量，Hk为k时刻协同导航系统的测量矩阵，Vk为k时刻协同导航系统的测量噪声，{Wk-1}、{Vk}为互不相关零均值白噪声序列。在上述技术方案的基础上，上述双基SAR的测距误差修正信息包括双基SAR时钟误差等效的距离误差。在上述技术方案的基础上，上述接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息包括速度误差、姿态角误差、位置误差、加速度计零偏误差、陀螺漂移误差。与现有技术相比，本专利技术的优点在于：(1)本专利技术的惯组误差修正方法，建立双基SAR的测距误差模型，可有效地解决收发平台时间不同步导致的测距误差问题。(2)本专利技术的惯组误差修正方法，由双基SAR、接收机惯组和发射机惯组构建的协同导航系统，可以同时提升接收机惯组和发射机惯组误差估计的精度。(3)本专利技术的惯组误差修正方法，引入双基SAR与探测目标距离约束信息后，通过校正收发平台的位置误差，可以进一步提高双基SAR的成像质量。附图说明图1是本专利技术实施例中惯组误差修正方法的流程图；图2是本专利技术实施例中双基SAR探测目标示意图。具体实施方式以下结合附图及实施例对本专利技术作进一步详细说明。参见图1和图2所示，本专利技术实施例提供一种惯组误差修正方法，用于对双基SAR、发射机惯组和接收机惯组的导航参数进行误差修正，包括如下步骤：以接收机和发射机的时钟误差等效到距离上的误差，建立双基SAR的测距误差模型；基于双基SAR的测距误差模型，建立双基SAR测距的状态方程；建立接收机惯组和发射机惯组的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的观测方程；建立离散型卡尔曼滤波器的递推方程，进行Kalman滤波解算，得到双基SAR的测距误差修正信息、接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息；将双基SAR的测距误差修正信息、接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息反馈到导航解算中，进行双基SAR、接收机惯组和发射机惯组导航参数的修正。首先说明3个坐标系的定义：地球坐标系：坐标系原点选在地球中心，Ze轴和地球自转轴重合指向北极，Xe轴在赤道平面内指向格林威治子午线，Ye轴也在赤道平面内指向东经90°的方向，XeYeZe构成右手坐标系。地球坐标系和地球固连，相对惯性坐标系以地球自转角速率Ω绕OZi旋转。北天东导航坐标系：坐标系原点位于导航系统所在点P，Xn轴指向当地地理北，Yn轴垂直于当地水平面指向天，Zn轴指向当地地理东。P点相对地球坐标系的位置关系就是载体的地理位置(经度λ和纬度L)。导航系相对于地球系的转动速率ωen由P点相对于地球的运动决定。前上右载体坐标系：坐标系原点在惯组的测量中心，Xb沿惯组的纵轴方向指向前，Yb轴沿惯组垂直向上，Zb轴沿惯组的横轴指向右侧，XbYbZb构成右手坐标系。载体坐标系相对地理坐标系的方位即为载体的姿态，相应的三个姿态角为横滚角、偏航角和俯仰角。本专利技术实施例中惯组误差修正方法，具体包括如下步本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种惯组误差修正方法，用于对双基SAR、发射机惯组和接收机惯组的导航参数进行误差修正，其特征在于，包括如下步骤：以接收机和发射机的时钟误差等效到距离上的误差，建立双基SAR的测距误差模型；基于双基SAR的测距误差模型，建立双基SAR测距的状态方程；建立接收机惯组和发射机惯组的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的观测方程；建立离散型卡尔曼滤波器的递推方程，进行Kalman滤波解算，得到双基SAR的测距误差修正信息以及接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息；将所述双基SAR的测距误差修正信息、接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息反馈到导航解算中，进行双基SAR、接收机惯组和发射机惯组导航参数的修正。

【技术特征摘要】
1.一种惯组误差修正方法，用于对双基SAR、发射机惯组和接收机惯组的导航参数进行误差修正，其特征在于，包括如下步骤：以接收机和发射机的时钟误差等效到距离上的误差，建立双基SAR的测距误差模型；基于双基SAR的测距误差模型，建立双基SAR测距的状态方程；建立接收机惯组和发射机惯组的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的状态方程；建立基于双基SAR与探测目标距离约束的协同导航系统的观测方程；建立离散型卡尔曼滤波器的递推方程，进行Kalman滤波解算，得到双基SAR的测距误差修正信息以及接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息；将所述双基SAR的测距误差修正信息、接收机惯组和发射机惯组的导航参数修正信息反馈到导航解算中，进行双基SAR、接收机惯组和发射机惯组导航参数的修正。2.如权利要求1所述的惯组误差修正方法，其特征在于，所述双基SAR的测距误差模型：dR＝d+δt+υR其中，dR为接收机和发射机与探测目标之间的距离和的测量值，d为接收机和发射机与探测目标之间的距离和的真值，δt为双基SAR时钟误差等效的距离误差，υR为测量噪声。3.如权利要求2所述的惯组误差修正方法，其特征在于，所述接收机和发射机与探测目标之间的距离和的真值为：d＝c·Δt＝r1+r2，其中，c为光速，Δt为接收机与发射机雷达信号的时间差，r1为接收机与探测目标距离的真值，r2为发射机与探测目标距离的真值。4.如权利要求3所述的惯组误差修正方法，其特征在于，所述双基SAR测距的状态方程：其中，XR为状态向量，FR为系统矩阵，GR为系统噪声矩阵，WR为系统噪声向量。5.如权利要求4所述的惯组误差修正方法，其特征在于，单个惯组的状态方程：其中，XI表示状态向量，FI表示系统矩阵，GI表示系统噪声矩阵，WI表示系统噪声向量；同时XI＝[δVN,δVU,δVE,ψN,...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨凯新，王春联，吴丰阳，胡奇，罗雪平，沈志，陈术涛，闫士杰，蔡昔，
申请(专利权)人：湖北航天技术研究院总体设计所，
类型：发明
国别省市：湖北,42