专利名称：机载合成孔径雷达杠杆臂误差补偿方法
技术领域：
本发明属于合成孔径雷达信号处理技术领域，提出一种机载合成孔径雷达 (Synthetic Aperture Radar，简称SAR)杠杆臂误差补偿方法，以提高机载SAR运动补偿的精度。
背景技术：
SAR是一种主动式微波成像雷达，它具有分辨率高、作用距离远、测绘带宽和全天候工作的特点，在军、民用领域发挥了巨大的作用，而机载SAR是合成孔径雷达发展的重要方面。机载SAR成像要求载机按预定的直线航迹勻速运动，但是受气流等因素的影响，载机存在运动误差，包括偏离直线航迹的误差和非勻速运动误差。运动误差严重降低了机载 SAR的成像质量，为了实现高分辨成像，需要运动补偿消除载机非理想运动的影响，而运动补偿的精度直接影响最终的成像质量。为了补偿载机的运动误差，需要高精度的传感器测量载机的位置和速度。一般情况下，传感器的安装位置和机载SAR天线的安装位置是不重合的，造成传感器测量得到的运动参数与机载SAR天线相位中心的实际运动参数不符，二者之间 的误差称杠杆臂误差 (或杠臂误差)。杠杆臂误差用机载SAR天线相位中心到传感器安装位置的矢量来表示， 称为杠杆臂矢量。随着载机姿态的变化，杠杆臂矢量在机载SAR天线波束瞄准线方向的投影和载机前进方向的投影会发生变化，使得传感器测量的运动参数中包含时变的杠杆臂误差。用含杠杆臂误差的传感器测量参数进行运动补偿，会降低机载SAR运动补偿的精度，因此需要补偿杠杆臂误差。机载SAR杠杆臂误差补偿是机载SAR运动补偿处理中的重要一环，关于杠杆臂误差的分析和处理如文献张澄波，“综合孔径雷达原理、系统分析与应用”，科学出版社， 1989，304 305页。该文献分析了 SAR运动补偿处理中杠杆臂误差校正的要求，指明了杠杆臂误差补偿的基本原理和基本分析方法。但是，该文献只分析了杠杆臂误差的距离向分量对机载SAR运动补偿精度的影响，没有考虑杠杆臂误差的方位向分量；其次，只给出了杠杆臂误差的近似分析方法，没有给出杠杆臂误差补偿的具体实施方法。
发明内容
本发明提出一种机载SAR杠杆臂误差补偿方法，提高机载SAR运动补偿的精度。本发明的基本思路是首先，计算杠杆臂矢量在机载SAR成像坐标系中的前向、侧向和法向分量。然后由前向分量校正载机前向速度，通过脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency，简称PRF)调整补偿杠杆臂误差的方位向分量。最后，由侧向和法向分量校正传感器测量的载机侧向和法向运动误差，补偿杠杆臂误差的距离向分量。本发明的技术方案是，一种机载SAR杠杆臂误差补偿方法，其特征在于，包括以下步骤步骤1，建立杠杆臂误差补偿的坐标系。
杠杆臂误差补偿涉及到三个右手直角坐标系机体坐标系、东北天坐标系和成像坐标系a)建立机体坐标系(下标为b)以机载SAR天线的相位中心为原点Q3、Yb轴为机首正方向、Xb轴为右侧机翼正方向、垂直于XbYb且竖直向上的方向为法向轴Zb建立机体坐标系。 b)建立东北天坐标系(下标为g):以机载SAR开始成像时的航迹起始点O1为原点建立直角坐标系，三条坐标轴xg、Yg和Zg分别指向东向、北向和天向。c)建立成像坐标系(下标为i):成像坐标系的原点与东北天坐标系的原点重合， 记为O2，表示天向的Zi轴与东北天坐标系的Zg轴重合，以预定航迹方向为Yi,垂直YiZi的方向为侧向轴Xi建立成像坐标系，预定航迹与北向的夹角α M称为预定航迹角。步骤2，在机体坐标系中计算杠杆臂矢量。由于传感器和机载SAR天线的安装位置已经固定，在不考虑机体形变的前提下， 杠杆臂矢量在机体坐标系中是固定的。用长度测量仪器测量杠杆臂误差在机体坐标系中的值，得到杠杆臂矢量= [Yxb \yb Yz bf (公式一)其中Vxb、Vyb、Vzb为传感器在机体坐标系中的位置。步骤3，在东北天坐标系中计算杠杆臂矢量。按如下公式计算东北天坐标系中的杠杆臂矢量
UUUUUUVug = TbgVub (公式二)其中，坐标变换矩阵Tbg为
cosag sinag Ol 1 0 0 cos6>g 0 sin6>gTbg = -sinag cosag 0 0 cos-sin0 1 0 (公式
_ 00 10 sin^ cos^ -sin0 cos
三)上式中，ag，&, θ g为当前时刻载机的航向角、俯仰角和横滚角。步骤4，在成像坐标系中计算杠杆臂矢量。按如下公式计算成像坐标系中的杠杆臂矢量
UUUTUUUYu = [Vx Vy Vz l =T Vu (公式四)
1 L 1 y 11J§1 §其中，VXpVyi与Vzi分别为杠杆臂误差的前向、侧向和法向分量
V^ = (cos(ag - are/) cos θ§ + sin(ag - are/) sin cpg sin Gg)賊
+ sin(ag -aref)cos0g^yb
+ (cos(ag - are/)sin0g + sin(ag - are/)sin cpg cos0g )§Jzb
权利要求
1. 一种机载SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)杠杆臂误差补偿方法， 其特征在于，包括以下步骤步骤1，建立杠杆臂误差补偿的坐标系；a)建立机体坐标系以机载SAR天线的相位中心为原点03、Yb轴为机首正方向、Xb轴为右侧机翼正方向、垂直于XJb且竖直向上的方向为法向轴Zb建立机体坐标系；b)建立东北天坐标系以机载SAR开始成像时的航迹起始点O1为原点建立直角坐标系，三条坐标轴Xg、Yg和Zg分别指向东向、北向和天向；c)建立成像坐标系成像坐标系的原点与东北天坐标系的原点重合，记为O2，表示天向的Zi轴与东北天坐标系的Zg轴重合，以预定航迹方向为Yi,垂直YiZi的方向为侧向轴Xi建立成像坐标系，预定航迹与北向的夹角0%称为预定航迹角；步骤2，在机体坐标系中计算杠杆臂矢量；用长度测量仪器测量杠杆臂误差在机体坐标系中的值，得到杠杆臂矢量
全文摘要
本发明提出一种机载SAR杠杆臂误差补偿方法。技术方案包括以下步骤步骤1，建立杠杆臂误差补偿的坐标系；步骤2，在机体坐标系中计算杠杆臂矢量；步骤3，在东北天坐标系中计算杠杆臂矢量；步骤4，在成像坐标系中计算杠杆臂矢量；步骤5，补偿杠杆臂误差的方位向分量；步骤6，补偿杠杆臂误差的距离向分量。本发明计算杠杆臂矢量在机载SAR成像坐标系中的前向分量，由前向分量校正载机前向速度，通过脉冲重复频率调整补偿杠杆臂误差的方位向分量；由侧向和法向分量校正传感器测量的载机侧向和法向运动误差，补偿杠杆臂误差的距离向分量。利用本发明可提高机载SAR运动补偿的精度。
文档编号G01S7/40GK102305929SQ20111013905
公开日2012年1月4日 申请日期2011年5月26日 优先权日2011年5月26日
发明者严少石, 周智敏, 朱国富, 李建阳, 李悦丽, 黄晓涛, 黎向阳 申请人:中国人民解放军国防科学技术大学