一种机载合成孔径雷达的惯性导航误差估算方法技术

本发明专利技术公开了一种机载合成孔径雷达的惯性导航误差估算方法，涉及机载合成孔径雷达领域。该方法包括：分别获取m个地面控制点的第一地理坐标；获取机载合成孔径雷达对目标区域进行探测得到的回波信号；根据m个地面控制点和回波信号进行成像，得到m个子图像；分别提取每个子图像中地面控制点的第二地理坐标，分别根据第一地理坐标和第二地理坐标得到每个地面控制点的定位误差向量；根据全部地面控制点的第一地理坐标构造观测矩阵；根据全部定位误差向量和观测矩阵估算得到惯性导航误差向量。本发明专利技术提供的惯性导航误差估算方法，提高了惯性导航误差估计的运算效率，能够得到高精度的惯性导航误差向量，适用于实时处理。

【技术实现步骤摘要】
一种机载合成孔径雷达的惯性导航误差估算方法
本专利技术涉及机载合成孔径雷达领域，尤其涉及一种机载合成孔径雷达的惯性导航误差估算方法。
技术介绍
高精度图像定位是机载合成孔径雷达需要解决的关键问题，在地形高程已知的条件下，主要的图像定位误差是由于机载惯性导航系统的精度不足引起的。尤其对于小型无人机平台，受条件的限制，大多仅配备低精度惯性导航系统，无法满足高精度的图像定位要求。目前的图像定位校准手段多用于图像后处理，需要进行二次成像处理校正图像定位误差，该方法需要对场景进行预先粗成像，因此运算量大，不能用于实时处理。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种机载合成孔径雷达的惯性导航误差估算方法及一种存储介质。本专利技术解决上述技术问题的技术方案如下：一种机载合成孔径雷达的惯性导航误差估算方法，包括：分别获取m个地面控制点的第一地理坐标，m≥3；获取机载合成孔径雷达对目标区域进行探测得到的回波信号；根据m个所述地面控制点和所述回波信号进行成像，得到m个子图像；分别提取每个所述子图像中所述地面控制点的第二地理坐标，分别根据所述第一地理坐标和所述第二地理坐标得到每个所述地面控制点的定位误差向量；根据全部所述地面控制点的第一地理坐标构造观测矩阵；根据全部所述定位误差向量和所述观测矩阵估算得到所述机载合成孔径雷达的惯性导航误差向量。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的惯性导航误差估算方法，通过对回波信号进行子图像成像，提高了惯性导航误差估计的运算效率，并通过分别计算每个地面控制点的定位误差向量，构造观测矩阵，能够得到高精度的惯性导航误差向量，适用于实时处理。本专利技术解决上述技术问题的另一种技术方案如下：一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的惯性导航误差估算方法。本专利技术附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术实践了解到。附图说明图1为本专利技术惯性导航误差估算方法的实施例提供的流程示意图；图2为本专利技术惯性导航误差估算方法的其他实施例提供的成像几何模型示意图图；图3(a)-(f)为本专利技术惯性导航误差估算方法的其他实施例提供的6个待估的惯性导航误差的均方误差对比图；图4为本专利技术惯性导航误差估算方法的其他实施例提供的实验场景示意图；图5为本专利技术惯性导航误差估算方法的其他实施例提供的实验场景对应的光学图像示意图；图6为本专利技术惯性导航误差估算方法的其他实施例提供的地面控制点数量与运算时间的变化示意图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本专利技术，并非用于限定本专利技术的范围。如图1所示，为本专利技术惯性导航误差估算方法的实施例提供的流程示意图，该估算方法包括：S1，分别获取m个地面控制点的第一地理坐标，m≥3。需要说明的是，地面控制点是在已知的成像场景中选取的。优选地，可以选取3个地面控制点，能够在保证估算精度的同时，提高计算速度。S2，获取机载合成孔径雷达对目标区域进行探测得到的回波信号。需要说明的是，回波信号是由机载合成孔径雷达在预设时间段内探测得到的。S3，根据m个地面控制点和回波信号进行成像，得到m个子图像。需要说明的是，可以分别根据每个地面控制点，建立多个成像网格，供回波信号进行成像，成像网格的数量和大小可以根据实际需求设置。S4，分别提取每个子图像中地面控制点的第二地理坐标，分别根据第一地理坐标和第二地理坐标得到每个地面控制点的定位误差向量。例如，可以将第一地理坐标和第二地理坐标相减，得到定位误差向量，本领域技术人员也可以通过其他方式计算定位误差向量。S5，根据全部地面控制点的第一地理坐标构造观测矩阵。应理解，观测矩阵中包含有各个地面控制点的坐标以及载机沿航向的运动速度。S6，根据全部定位误差向量和观测矩阵估算得到机载合成孔径雷达的惯性导航误差向量。例如，可以构建各子图像成像结果中目标点定位误差观测方程：G＝H·L+n其中，G为定位误差向量，H为观测矩阵，L为待估惯性导航误差参数，n为观测噪声向量，观测噪声向量n用于评估惯性导航误差，L可以表示为：L＝[ΔX,ΔY,ΔZ,ΔVx,ΔVy,ΔVz]T其中，ΔX为惯性导航系统沿航向位置误差，ΔY为惯性导航系统垂直航向位置误差，ΔZ为惯性导航系统高度方向位置误差，ΔVx为惯性导航系统沿航向速度误差，ΔVy为惯性导航系统垂直航向速度误差，ΔVz为惯性导航系统高度方向速度误差。在获取了定位误差向量和观测矩阵后，可以反向计算出待估惯性导航误差参数。优选地，还可以通过观测噪声向量n评估惯性导航误差，观测噪声向量n的自相关矩阵Cn表示为：E(nnT)＝Cn可以通过自相关矩阵Cn评估惯性导航误差。本实施例提供的惯性导航误差估算方法，通过对回波信号进行子图像成像，提高了惯性导航误差估计的运算效率，并通过分别计算每个地面控制点的定位误差向量，构造观测矩阵，能够得到高精度的惯性导航误差向量，适用于实时处理。可选地，在一些实施例中，分别获取m个地面控制点的第一地理坐标之前，还包括：根据预设条件选取m个地面控制点，预设条件为：其中，xi为第i个地面控制点在沿载机运动方向上的坐标，yi为第i个地面控制点在垂直于载机运动方向上的坐标，Hi为第i个地面控制点的高度，xj为第j个地面控制点在沿载机运动方向上的坐标，yj为第j个地面控制点在垂直于载机运动方向上的坐标，Hj为第j个地面控制点的高度，K为地面控制点的个数，并且K≥3。可选地，在一些实施例中，根据m个地面控制点和回波信号进行成像，得到m个子图像，具体包括：以每个地面控制点为中心，建立m个子图像成像网格；根据预设成像算法和回波信号分别对每个子图像成像网格进行成像，得到m个子图像。可选地，在一些实施例中，预设成像算法为后向投影算法。如图2所示，给出了一种示例性的成像几何模型示意图，成像几何坐标系中X轴为沿速度方向即方向，Y轴垂直于速度方向即方向，Z轴指向地面即方向。点P为待成像目标点，载机与点P存在相对运动关系，(xp,yp,zp)为P点在成像几何坐标系下以O点为坐标原点在X、Y、Z轴的坐标。后向投影算法是一种精确的时域成像方法，成像原理可以表示为：其中，I(m,n)为成像网格中坐标为(m,n)的像素点的成像结果，S(k)为第k个脉冲距离脉压后的信号，K为有效脉冲的个数，R(k,m,n)为第k个脉冲时刻天线相位中心到成像网格中坐标为(m,n)的像素点的距离，λ为波长。可选地，在一些实施例中，每个子图像成像网格的大小为：ΔU≥2δumax其中，ΔU为子图像成像网格的大小，δumax为预设精度条件下图像定位误差的最大值。需要说明的是，预设精度条件可以根据实际需求设置，例如，可以现有惯导精度条件。当每个子图像成像网格的大小满足上述条件时，能够确保地面控制点的成像结果在子图像网格内。可选地，在一些实施例中，根据以下公式估算惯性导航误差向量：其中，为惯性导航误差向量的估计值，G为定位误差向量，H为观测矩阵。可选地，在一些实施例中，定位误差向量G表示为：G＝[Δx1,Δy1,...,Δxm,Δym]T其中，Δx1和Δy1分别表示第1个地面控制点沿航向和垂直航向的定位误差，以此类推，m表示地面控制点的总数。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种机载合成孔径雷达的惯性导航误差估算方法，其特征在于，包括：分别获取m个地面控制点的第一地理坐标，m≥3；获取机载合成孔径雷达对目标区域进行探测得到的回波信号；根据m个所述地面控制点和所述回波信号进行成像，得到m个子图像；分别提取每个所述子图像中所述地面控制点的第二地理坐标，分别根据所述第一地理坐标和所述第二地理坐标得到每个所述地面控制点的定位误差向量；根据全部所述地面控制点的第一地理坐标构造观测矩阵；根据全部所述定位误差向量和所述观测矩阵估算得到所述机载合成孔径雷达的惯性导航误差向量。

【技术特征摘要】
1.一种机载合成孔径雷达的惯性导航误差估算方法，其特征在于，包括：分别获取m个地面控制点的第一地理坐标，m≥3；获取机载合成孔径雷达对目标区域进行探测得到的回波信号；根据m个所述地面控制点和所述回波信号进行成像，得到m个子图像；分别提取每个所述子图像中所述地面控制点的第二地理坐标，分别根据所述第一地理坐标和所述第二地理坐标得到每个所述地面控制点的定位误差向量；根据全部所述地面控制点的第一地理坐标构造观测矩阵；根据全部所述定位误差向量和所述观测矩阵估算得到所述机载合成孔径雷达的惯性导航误差向量。2.根据权利要求1所述的惯性导航误差估算方法，其特征在于，分别获取m个地面控制点的第一地理坐标之前，还包括：根据预设条件选取m个地面控制点，所述预设条件为：其中，xi为第i个地面控制点在沿载机运动方向上的坐标，yi为第i个地面控制点在垂直于载机运动方向上的坐标，Hi为第i个地面控制点的高度，xj为第j个地面控制点在沿载机运动方向上的坐标，yj为第j个地面控制点在垂直于载机运动方向上的坐标，Hj为第j个地面控制点的高度，K为地面控制点的个数，并且K≥3。3.根据权利要求1所述的惯性导航误差估算方法，其特征在于，根据m个所述地面控制点和所述回波信号进行成像，得到m个子图像，具体包括：以每个所述地面控制点为中心，建立m个子图像成像网格；根据预设成像算法和所述回波信号分别对每个所述子图像成像网格进行成像，得到m个子图像。4.根据权利要求3所述的惯性导航误差估算方法，其特征在...

【专利技术属性】
技术研发人员：王冠勇，李军，
申请(专利权)人：北京无线电测量研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11