一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法技术方案

本发明专利技术公开了一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法，解决了现有技术中高基线矢量测量的精度低，成本高的问题。方法包括：装载双天线InSAR系统的飞行器；周围飞行器设立若干个测站点，飞行器上设定若干个待测点；在每个测站点利用全站仪对全站仪视场内能观测到的待测点的三维位置进行测量，得到若干个三维坐标；将若干个三维坐标按照边角网原理统一至全站仪坐标系下，得到各个待测点在全站仪坐标系下的三维位置；由三维位置拟合IMU坐标系的坐标系原点和三个坐标轴方向，进而获取全站仪坐标系到IMU坐标系的转换关系；由待测点在IMU坐标系下的坐标，拟合出两个InSAR天线的相位中心，由该天线的相位中心计算出双天线InSAR系统的基线矢量。

A Method for Measuring Baseline Vector of Dual-antenna InSAR System

【技术实现步骤摘要】
一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法
本专利技术涉及电子行业雷达
，具体涉及一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法。
技术介绍
干涉合成孔径雷达(InterferometricSyntheticApertureRadar，简称InSAR)是一种在合成孔径雷达技术基础上发展起来的雷达主动成像遥感测量技术，是合成孔径雷达技术与差分GPS、惯性测量技术相结合的产物。InSAR系统具有全天时、全天候、测量范围广、测量精度高、容易实现等优点，可以获得波长量级的高精度数字高程模型(DigitalElevationMode，简称DEM)，同时还可以检测地球陆地表面、海面及冰雪表面的微小形变，获得毫米级精度的地表变化信息，具有巨大的应用前景。现有的机载InSAR系统大部分工作在X、P、L和C波段，OribtSAR系统、F-SAR系统为代表的机载InSAR系统的空间分辨率和高程精度达到了0.5m以内。机载双天线InSAR系统或其他飞行器平台一般采用差分GPS和惯性测量单元(InertialMeasurementUnit，简称IMU)组成的定位定向系统(PositionandOrientationSystem，简称POS)来测量平台的各种运动状态数据，用来确定天线的相位中心的运动误差和天线的指向误差，后期处理中利用这两个传感器融合后的数据进行运动补偿。双天线干涉SAR系统是一套较为复杂的综合系统，因此在执行实际飞行测绘任务前，必须要对该系统在基准坐标系下的两个天线之间的基线矢量进行精密测量，以获得高精度的相对三维位置关系进行后期实际数据处理。双天线InSAR系统的两个天线一般安放在飞行器腹部的两侧，并且一般设计为平行的结构，以相同的角度向外辐射和接收电磁波，两个干涉天线装裱在一个天线屏蔽器里。惯性测量单元一般安装在天线附近的机腹下或相同位置的机舱内，与两个天线刚性连接。GPS一般安装在飞行器顶部，与惯性测量单元组合测量得到平台在全球大地坐标系下的精确位置和姿态。对双天线InSAR系统基线矢量的测量，现有方法中常用的测量方法有：电子经纬仪测量方法、数字近景摄影测量方法、激光跟踪仪测量方法等。电子经纬仪测量方法通过角度测量来求出空间点的三维坐标，但是坐标测量前，需要精确整平和进行仪器间的系统定向是经纬仪测量方法的特点和难点，且系统只能是逐点采集，速度慢，效率较低。应用数字摄影测量方法对基线矢量测量一般采用单台数字相机脱机测量系统，利用特制的带有发光标志的探棒接触待测点，由于发光标志点到探头的几何关系是确定的，根据摄影测量原理便可以得到待测点的三维坐标。此种方法的测量精度主要取决于相机的精度和图像处理精度，选择高分辨率、高精度的专业量测相机的价格昂贵，且要求图像背景较为简单方便提取标志点的中心坐标。比如机载InSAR系统的飞机一般为白色，图像信噪比较低，标志点提取精度会受到影响，进而影响待测点的测量精度。激光跟踪仪测量方法通过测量出水平角、垂直角和斜距，按照球坐标的原理计算空间点的三维坐标，激光跟踪仪实际上是一台激光干涉测距和自动跟踪的全站仪，在测量范围内，其重复坐标测量精度达到±5ppm，但是其价格昂贵，采用此方法对双天线基线矢量进行测量成本太高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法，以解决现有技术中高基线矢量测量的精度低，成本高的问题。本专利技术采用的技术方案是，一种双天线干涉合成孔径雷达InSAR系统基线矢量的测量方法，包括：装载双天线InSAR系统的飞行器；周围飞行器设立若干个测站点，飞行器上设定若干个待测点；在每个测站点利用全站仪对全站仪视场内能观测到的待测点的三维位置进行测量，得到若干个三维坐标；将若干个三维坐标按照边角网原理统一至全站仪坐标系下，得到各个待测点在全站仪坐标系下的三维位置；由三维位置拟合IMU坐标系的坐标系原点和三个坐标轴方向，进而获取全站仪坐标系到IMU坐标系的转换关系；由待测点在IMU坐标系下的坐标，拟合出两个InSAR天线的相位中心，由该天线的相位中心计算出双天线InSAR系统的基线矢量。进一步的，待测点包括以下三组：(1)IMU安装面的四个顶点I1～I4；(2)两个天线面的四个顶点X1～X4和XX1～XX4；(3)位于飞行器中轴线上且靠近其头部和和尾部的两个测量点-JT和JW。进一步的，对于IMU坐标系：其原点：由I1～I4的位置拟合得到的IMU安装面的几何中心；其X轴：过IMU坐标系的原点，沿飞行器中轴线指向飞行器头部方向为正，由直线JT-JW、I1-I4、I2-I3、X1-X4、X2-X3、XX1-XX4、XX2-XX3拟合；其Y轴：过IMU坐标系的原点，平行于直线I2-I1向上为正，由直线I2-I1、I3-I4、X1-XX1、X2-XX2、X3-XX3、X4-XX4、拟合；其Z轴：过IMU坐标系的原点，与X轴和Y轴构成右手坐标系。进一步的，在每个测站点利用全站仪对全站仪视场内能观测到的待测点的三维位置进行测量的步骤包括：步骤a1、设A、B为其中的两个测量基准，在A、B测量基准摆上后，不得挪动；步骤a2、在飞行器的周围设立若干个测站点，在每个测站点正倒镜对边测量A到B的距离，最后各测站点测得距离取中数；直接测距边长A-B，往返观测。每站测量夹角若干次测回，边长一测回若干次读数；在每测站点测量A和B的垂直角，获得A和B的相对高差，最后各站结果取平均；步骤a3、在每个测站点利用全站仪测量视场内能观测到的待测点，测量水平角度和垂直角度各若干测回，单行观测距离若干测回；步骤a4、设置检核点，不同站点采用相同的观测方法观测同名点；步骤a5、在移动到下一个站点前，测量其对向站点间的距离，对向观测；步骤a6、移动到下一个测站点，重复步骤a2至步骤a6，直至在所有的测站点测量完毕。进一步的，测站点的个数应至少为3，测量基准数应至少为2。进一步的，由两个天线面的8个顶点在IMU坐标系下的坐标，测量IMU坐标系下的基线矢量的步骤包括：由两个天线面的8个顶点分别拟合两个天线的相位中心：(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)；获取IMU坐标系下的InSAR的基线矢量：进一步的，测量IMU坐标系下的基线矢量的步骤之后还包括：计算基线长度L和和基线角α，其中：α＝tan-1((Z1-Z2)/d)，其中，进一步的，将在各个测站点测量的待测点的测量结果按照边角网原理统一至全站仪坐标系下的步骤之前还包括：对各个测站点测量的待测点的测量结果进行最小二乘平差处理。进一步的，停放装载InSAR系统的飞行器的步骤中：装载InSAR系统的飞行器周围至少包括5m的测距范围以摆设全站仪测站点；飞行器上的各个待测点和全站仪的相对高度差至少为1.5m。进一步的，全站仪的测距精度优于0.6mm，测角精度优于0.5"。本专利技术的有益效果是，(1)本专利技术采用全站仪测量系统测量各个关键待测点，降低了成本，且减少了所需的测量时间；(2)本专利技术中的采用的全站仪系统的测距精度为0.6mm，测角精度为0.5”，可以通过误差分析计算，得到采用本专利技术的方法的干涉基线长度的测量精度优于1mm，基线角的测量精度优于8"，能有效地减少测量误差对后期InSAR数据处理得到的高程误差的影响；(3)本专利技术中的基本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法，其特征在于，包括：装载双天线InSAR系统的飞行器；周围所述飞行器设立若干个测站点，所述飞行器上设定若干个待测点；在每个测站点利用全站仪对全站仪视场内能观测到的待测点的三维位置进行测量，得到若干个三维坐标；将若干个三维坐标按照边角网原理统一至全站仪坐标系下，得到各个待测点在全站仪坐标系下的三维位置；由所述三维位置拟合IMU坐标系的坐标系原点和三个坐标轴方向，进而获取全站仪坐标系到IMU坐标系的转换关系；由待测点在IMU坐标系下的坐标，拟合出两个InSAR天线的相位中心，由该天线的相位中心计算出双天线InSAR系统的基线矢量。

【技术特征摘要】
1.一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法，其特征在于，包括：装载双天线InSAR系统的飞行器；周围所述飞行器设立若干个测站点，所述飞行器上设定若干个待测点；在每个测站点利用全站仪对全站仪视场内能观测到的待测点的三维位置进行测量，得到若干个三维坐标；将若干个三维坐标按照边角网原理统一至全站仪坐标系下，得到各个待测点在全站仪坐标系下的三维位置；由所述三维位置拟合IMU坐标系的坐标系原点和三个坐标轴方向，进而获取全站仪坐标系到IMU坐标系的转换关系；由待测点在IMU坐标系下的坐标，拟合出两个InSAR天线的相位中心，由该天线的相位中心计算出双天线InSAR系统的基线矢量。2.根据权利要求1所述的一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法，其特征在于，所述待测点包括以下三组：(1)IMU安装面的四个顶点I1～I4；(2)两个天线面的四个顶点X1～X4和XX1～XX4；(3)位于飞行器中轴线上且靠近其头部和和尾部的两个测量点-JT和JW。3.根据权利要求1或2所述的一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法，其特征在于，对于IMU坐标系：其原点：由所述I1～I4的位置拟合得到的IMU安装面的几何中心；其X轴：过IMU坐标系的原点，沿飞行器中轴线指向飞行器头部方向为正，由直线JT-JW、I1-I4、I2-I3、X1-X4、X2-X3、XX1-XX4、XX2-XX3拟合；其Y轴：过IMU坐标系的原点，平行于直线I2-I1向上为正，由直线I2-I1、I3-I4、X1-XX1、X2-XX2、X3-XX3、X4-XX4、拟合；其Z轴：过IMU坐标系的原点，与X轴和Y轴构成右手坐标系。4.根据权利要求1或2所述的一种双天线InSAR系统基线矢量的测量方法，其特征在于，所述在每个测站点利用全站仪对全站仪视场内能观测到的待测点的三维位置进行测量的步骤包括：步骤a1、设A、B为其中的两个测量基准，在A、B测量基准摆上后，不得挪动；步骤a2、在飞行器的周围设立若干个测站点，在每个测站点正倒镜对边测量A到B的距离，最后各测站点测得距离取中数；直接...

【专利技术属性】
技术研发人员：王静，龚文熔，夏猛，庞立华，刘久利，蔡娅雯，唐文豪，李莹，
申请(专利权)人：西安科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61