一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法技术

本发明专利技术属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法，对主天线和副天线的两维时域回波信号沿着方位时域划分子孔径信号，对子孔径信号进行距离压缩和距离徙动校正，并进行一次方位向解线频调处理；根据第K个距离时域方位频域子孔径信号得到第K个子孔径干涉图，接着对上述K个子孔径干涉图之间进行差分，得到K‑1个子孔径差分干涉图；从K‑1个子孔径差分干涉图中提取差分时变误差相，根据差分时变误差相得到时变基线误差相位；根据副天线两维时域信号得到无误差的无人机干涉SAR回波信号。本发明专利技术可以估计变化频率更高的基线误差，解决了不具备惯导的情况下的基线误差估计问题，能够有效的与现有的运动补偿算法结合。

A time-varying baseline error estimation and compensation method for UAV interferometric SAR

【技术实现步骤摘要】
一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法
本专利技术属于雷达信号处理
，具体涉及一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法。
技术介绍
无人机干涉SAR是一种先进的雷达干涉测绘系统，能够全天候、全天时工作，具有很高的灵活性，能够灵活的对感兴趣区域进行地形测绘，因此无人机干涉SAR受到了广泛的关注。无人机干涉SAR与机载干涉SAR相比，由于无人机平台更加不稳定，由于存在气流扰动等因素，将会导致严重的平台抖动等误差。并且，无人机平台由于载荷受限，通常无法搭载精度较高的惯导设备以及基线测量设备。因此，无人机干涉SAR存在许多误差，其应用精度难以保证。现有的机载干涉SAR误差估计和补偿算法无法满足无人机干涉SAR需要进行运动补偿和基线误差估计结合的需求，从而限制了无人机干涉SAR的有效应用。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法。本专利技术要解决的技术问题通过以下技术方案实现：一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法，包括：(1)无人机干涉SAR雷达发射线性调频信号，两个天线均接收回波信号，主天线接收到的两维时域基频回波信号为A(tr,ta)，副天线接收到的两维时域基频回波信号为B(tr,ta)，其中tr为距离时间，ta为方位时间；(2)对上述两维时域回波信号A(tr,ta)和B(tr,ta)沿着方位时域划分为K个不重叠的子孔径，主天线和副天线的第k个两维时域子孔径信号分别为Ak(tr,tsub)和Bk(tr,tsub)；(3)对上述第k个两维时域子孔径信号Ak(tr,tsub)和Bk(tr,tsub)进行方位向傅里叶变换，得到方位向傅里叶变换后的第k个方位频域子孔径信号Ck(tr,fsub)和Dk(tr,fsub)，并对上述方位向傅里叶变换后的第k个方位频域子孔径信号Ck(tr,fsub)和Dk(tr,fsub)进行线性调频变标后进行距离向傅里叶变换，得到线性调频变标后的第k个两维频域子孔径信号Ek(fr,fsub)和Fk(fr,fsub)；(4)对上述线性调频变标后的第k个两维频域子孔径信号Ek(fr,fsub)和Fk(fr,fsub)进行距离压缩和距离徙动校正，再通过距离向和方位向逆傅里叶变换得到距离压缩和距离徙动校正后的第k个两维时域子孔径信号Gk(tr,tsub)和Hk(tr,tsub)；(5)对上述距离压缩和距离徙动校正后的第k个两维时域子孔径信号Gk(tr,tsub)和Hk(tr,tsub)进行一次方位向解线频调，并通过方位向傅里叶变换得到方位聚焦后的第k个距离时域方位频域子孔径信号Ik(tr,fsub)和Jk(tr,fsub)；(6)对主天线和副天线方位聚焦后的第k个距离时域方位频域子孔径信号Ik(tr,fsub)和Jk(tr,fsub)之间进行干涉处理，得到干涉处理后的第k个子孔径干涉图Lk(tr,fsub)；(7)对上述干涉处理后的K个子孔径干涉图Lk(tr,fsub)之间进行差分，得到K-1个子孔径差分干涉图，其中第k个为Mk(tr,fsub)；(8)从上述第k个子孔径差分干涉图中可以提取出差分时变误差相位N(ta)，对K-1个差分时变误差相位N(ta)沿方位向进行一次积分可以得到时变基线误差相位O(ta)；(9)根据上述时变基线误差相位O(ta)对上述副天线两维时域信号B(tr,ta)进行一次时变基线误差相位补偿，可以得到无误差的无人机干涉SAR回波信号。在本专利技术的一个实施例中，步骤(1)得到的主天线和副天线对应的两维时域基频回波信号A(tr,ta)和B(tr,ta)的具体步骤表示如下：其中ar(·)为距离窗函数的位置域形式，aa(·)为方位窗函数的位置域形式，λ为载频，γ为调频率，c为光速，j表示虚数单位，tc＝X/v为点目标子孔径中心时刻，R1(ta)为目标到主天线的斜距历程，R2(ta)为目标到副天线的斜距历程，分别表示如下：其中，[Δx(ta),Δy(ta),Δz(ta)]为向量Δr(ta)的坐标，[Δdx(ta),Δdy(ta),Δdz(ta)]为向量Δd(ta)的坐标，R10(ta)和R20(ta)分别为主天线和副天线的理想斜距历程，ΔRMC(ta)为无人机平台存在的运动误差，ΔRTBE(ta)为无人机干涉SAR存在的基线误差，它们分别为：在本专利技术的一个实施例中，步骤(2)得到的主天线和副天线的第k个两维时域子孔径信号Ak(tr,tsub)和Bk(tr,tsub)，分别表示为：其中Tsub为子孔径长度，tsub为子孔径方位时间，tk为子孔径中心时刻。在本专利技术的一个实施例中，步骤(3)得到第k个线性调频变标后的两维频域子孔径信号Ek(fr,fsub)和Fk(fr,fsub)分别表示如下：其中RB1和RB2分别为点目标到主天线和副天线的最近距离。在本专利技术的一个实施例中，步骤(4)得到的所述距离压缩和距离徙动校正后的第k个两维时域子孔径信号Gk(tr,tsub)和Hk(tr,tsub)，分别表示如下：在本专利技术的一个实施例中，步骤(5)得到的方位聚焦后的第k个距离时域方位频域子孔径信号Ik(tr,fsub)和Jk(tr,fsub)，分别表示如下在本专利技术的一个实施例中，步骤(6)对主天线和副天线方位聚焦后的第k个距离时域方位频域子孔径信号Ik(tr,fsub)和Jk(tr,fsub)之间进行干涉处理，得到第k个子孔径干涉图Lk(tr,fsub)，即Lk(tr,fsub)＝Ik(tr,fsub)·conj[Jk(tr,fsub)]。在本专利技术的一个实施例中，步骤(7)对K个子孔径干涉图Lk(tr,fsub)之间进行差分，得到K-1个子孔径差分干涉图Mk(tr,fsub)，即Mk(tr,fsub)＝Lk(tr,fsub)·conj[Lk+1(tr,fsub)]。在本专利技术的一个实施例中，步骤(8)从子孔径差分干涉图Mk(tr,fsub)中可以提取出差分时变误差相位N(ta)，即并对差分时变误差相位N(tk)进行一次沿方位时间的积分可以得到时变基线误差相位O(ta)，即在本专利技术的一个实施例中，步骤(9)根据时变基线误差相位O(ta)对副天线两维时域信号B(tr,ta)进行一次时变基线误差相位补偿，补偿后的无人机干涉SAR回波信号B'(tr,ta)表示如下：本专利技术的有益效果：(1)本专利技术通过在方位时域划分非重叠子孔径信号，获得子孔径复图像序列，并获得子孔径干涉图，解决了全孔径方位处理函数对时变基线误差相位的平滑影响，可以估计变化频率更高的基线误差。(2)本专利技术通过基于回波数据的基线误差相位估计，解决了不具备惯导的情况下的基线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法，其特征在于，包括：/n(1)无人机干涉SAR雷达发射线性调频信号，两个天线均接收回波信号，主天线接收到的两维时域基频回波信号为A t

【技术特征摘要】
1.一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法，其特征在于，包括：
(1)无人机干涉SAR雷达发射线性调频信号，两个天线均接收回波信号，主天线接收到的两维时域基频回波信号为Atr,ta，副天线接收到的两维时域基频回波信号为Btr,ta，其中tr为距离时间，ta为方位时间；
(2)对上述两维时域回波信号Atr,ta和Btr,ta沿着方位时域划分为K个不重叠的子孔径，主天线和副天线的第k个两维时域子孔径信号分别为Aktr,tsub和Bktr,tsub；
(3)对上述第k个两维时域子孔径信号Aktr,tsub和Bktr,tsub进行方位向傅里叶变换，得到方位向傅里叶变换后的第k个方位频域子孔径信号Cktr,fsub和Dktr,fsub，并对上述方位向傅里叶变换后的第k个方位频域子孔径信号Cktr,fsub和Dktr,fsub进行线性调频变标后进行距离向傅里叶变换，得到线性调频变标后的第k个两维频域子孔径信号Ekfr,fsub和Fkfr,fsub；
(4)对上述线性调频变标后的第k个两维频域子孔径信号Ekfr,fsub和Fkfr,fsub进行距离压缩和距离徙动校正，再通过距离向和方位向逆傅里叶变换得到距离压缩和距离徙动校正后的第k个两维时域子孔径信号Gktr,tsub和Hktr,tsub；
(5)对上述距离压缩和距离徙动校正后的第k个两维时域子孔径信号Gktr,tsub和Hktr,tsub进行一次方位向解线频调，并通过方位向傅里叶变换得到方位聚焦后的第k个距离时域方位频域子孔径信号Iktr,fsub和Jktr,fsub；
(6)对主天线和副天线方位聚焦后的第k个距离时域方位频域子孔径信号Iktr,fsub和Jktr,fsub之间进行干涉处理，得到干涉处理后的第k个子孔径干涉图Lktr,fsub；
(7)对上述干涉处理后的K个子孔径干涉图Lktr,fsub之间进行差分，得到K-1个子孔径差分干涉图，其中第k个为Mktr,fsub；
(8)从上述第k个子孔径差分干涉图中可以提取出差分时变误差相位Nta，对K-1个差分时变误差相位Nta沿方位向进行一次积分可以得到时变基线误差相位O(ta)；
(9)根据上述时变基线误差相位O(ta)对上述副天线两维时域信号Btr,ta进行一次时变基线误差相位补偿，可以得到无误差的无人机干涉SAR回波信号。


2.根据权利要求1所述的一种无人机干涉SAR时变基线误差估计和补偿方法，其特征在于，步骤(1)得到的主天线和副天线对应的两维时域基频回波信号Atr,ta和Btr,ta的具体步骤表示如下：






其中ar(·)为距离窗函数的位置域形式，aa·为方位窗函数的位置域形式，λ为载频，γ为调频率，c为光速，j表示虚数单位，tc＝X/v为点目标子孔径中心时刻，R1ta为目标到主天线的斜距历程，R2ta为目标到副天线的斜距历程，分别表示如下：






其中，[Δxta,Δyta,Δzta]为向量Δrta的坐标，[Δdxta,Δd...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙光才，游冬，邢孟道，李亚超，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61