一种基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法
【专利摘要】本发明一种基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法包括：在多基线干涉SAR系统中构建一个主POS系统，一条刚性基线，多条柔性基线和分布式IMU；对多基线干涉SAR系统采集的数据做后处理融合，得到秒级的柔性基线低频分量；将柔性基线低频分量与分布式IMU进行组合滤波，得到各个分布式IMU高频运动信息，从而获得柔性基线高频分量。本发明采用干涉相位来估计柔性基线信息，提高测量精度。采用一部高精度POS系统加分布式IMU模式进行柔性基线测量，IMU可采用轻型较低精度IMU，降低成本且利于安装。本发明不需要构建复杂的机翼挠曲变形模型，仅通过干涉SAR数据后处理来实现基线运动信息高频输出，更易于工程实现。
【专利说明】一种基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法
【技术领域】
[0001]本发明信息获取与处理【技术领域】，涉及一种基于刚性和柔性基线组合的多基线测
量方法。
【背景技术】
[0002]干涉合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)系统中主要通过稳定的干涉基线保证干涉测量性能，然而根据实际的飞行平台通常构建较短的刚性基线来保证干涉SAR系统高程测量精度，随着SAR传感器技术的发展，多天线分布式同时对地观测成为SAR研究的一个重要方向。然而受平台限制，多基线不能完全保持刚性，随着平台运动发生柔性变形。
[0003]采用分布式POS (Position & Orientation System)系统进行柔性基线测量是一种较为直接的方法，分布式POS由I个安装在飞机腹部的主系统和若干分布安装在机翼上的子POS系统构成，得到高精度的位置、速度和姿态信息，通过建立机翼挠曲变形模型，将主系统得到的高精度位置、速度和姿态信息传递到子系统，提高子系统的位置、速度和姿态精度。
[0004]分布式POS系统柔性多基线的测量方案具有如下的技术缺陷:
[0005](I)POS系统定位精度在厘米量级，不能满足高精度SAR成像的需求。
[0006](2)分布式POS系统价格昂贵，大大增加了测量系统成本。
[0007](3)要提高分布式POS测量精度，需要构建精确的机翼挠曲变形模型，这在实际中很难实现。
【发明内容】
[0008]为了解决现有技术的问题，本发明的目的是提供一种基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法。
[0009]为了实现所述目的，本发明提供的一种基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法，所述多基线测量的步骤如下:
[0010]步骤S1:在多基线干涉SAR系统中构建一个主POS系统，一条刚性基线，多条柔性基线和分布式IMU ；
[0011]步骤S2:对多基线干涉SAR系统采集的数据做后处理融合，得到秒级的柔性基线低频分量；
[0012]步骤S3:将柔性基线低频分量与分布式MU进行组合滤波，得到各个分布式IMU高频运动信息，从而获得柔性基线高频分量。
[0013]本发明的有益效果
[0014]与现有技术相比，存在下面的优势:
[0015](I)本方案采用干涉相位来估计柔性基线信息，大大提高了测量精度。
[0016](2)本方案采用一部高精度POS系统加分布式MU模式进行柔性基线测量，MU可采用轻型较低精度MU，大大降低了成本且利于实际安装。
[0017](3)本方案不需要构建复杂的机翼挠曲变形模型，仅通过干涉SAR数据后处理来实现基线运动信息高频输出，更易于工程实现。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]图1是本发明的多基线干涉SAR系统结构图；
[0019]图2是本发明的多基线估计原理图；
[0020]图3是本发明的组合滤波结构示意图。
【具体实施方式】
[0021]为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。
[0022]本发明一种基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法，包括以下步骤:
[0023]步骤S1:图1示出为多基线干涉SAR系统结构图，由一个主POS系统，一条刚性基线，多条柔性基线和两个分布式器件IMU组成，多条柔性基线首尾端串联连接，每根串联连接的柔性基线的两端部分别与多基线干涉SAR系统的两个天线的一连接孔处，将多个天线构成串联连接结构，在串联连接天线结构的中间位置由刚性基线分别与两个天线的连接孔连接，主POS系统位于刚性基线附近，两个分布式器件MU位于柔性基线处天线附近。主POS系统采用POS AV610系统，其后处理位置测量精度达到5厘米，水平姿态角(横滚/偏航)测量精度为2.5 ° %。，航向角测量精度为5° %。，其具体技术指标如下表所示。
[0024]
【权利要求】
1.一种基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法，其特征在于:所述多基线测量包括以下步骤: 步骤S1:在多基线干涉SAR系统中构建一个主POS系统，一条刚性基线，多条柔性基线和分布式頂U ； 步骤S2:对多基线干涉SAR系统采集的数据做后处理融合，得到秒级的柔性基线低频分量; 步骤S3:将柔性基线低频分量与分布式IMU进行组合滤波，得到各个分布式IMU高频运动信息，从而获得柔性基线高频分量。
2.如权利要求1所述的基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法，其特征在于，所述高频运动信息是50Hz~200Hz运动信息。
3.如权利要求1所述的基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法，其特征在于，所述构建主POS系统、刚性基线和分布式IMU的步骤如下: 步骤Sll:将主POS系统固连在刚性基线上，通过刚性基线的传递，测量出刚性基线上任意一点运动状态； 步骤S12:沿着刚性基线轴向分布多个待测量的柔性基线； 步骤S13:将多基线干涉SAR系统的天线分布在刚性基线和柔性基线的两端，并在柔性基线连接的天线位置处放置分布式IMU，用于测量该天线的运动状态。
4.如权利要求1所述的基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法，其特征在于，对多基线干涉SAR系统数据后处理融合的步骤包括: 步骤S21:将多基线干涉SAR系统采集的多个通道数据两两做干涉，经过相干成像和干涉处理，获得多组干涉相位； 步骤S22:通过事先测量和外定标获得刚性基线矢量的精确值，主POS系统测量的运动状态通过刚性基线传递到刚性基线两端的天线中心，所述刚性基线矢量包括刚性基线长度B1和刚性基线倾角α 1 ； 步骤S23:由获得的柔性基线干涉相位和刚性基线矢量，反演柔性基线矢量。
5.如权利要求4所述的基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法，其特征在于，所述的反演柔性基线矢量的具体步骤如下: 由干涉测量基本原理，设天线收发的模式为标准模式，双天线之间的斜距差Ar与干涉相位△ Φ满足下面函数关系:
6.如权利要求3所述的基于刚性和柔性基线组合的多基线测量方法，其特征在于，所述将柔性基线低频分量与分布式IMU进行组合滤波的步骤包括: 步骤S31:对分布式IMU测量到的数据进行捷连解算，获得粗精度的天线运动参数； 步骤S32:将粗精度的天线运动参数与柔性基线低频分量进行组合滤波，得到天线运动参数解算误差； 步骤S33:将天线运动参数解算误差反馈到捷连算法中，校正天线运动参数，最终输出1?精度的天线的1?频运动息。
【文档编号】G01S13/90GK103852760SQ201210512927
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2012年12月4日 优先权日:2012年12月4日
【发明者】向茂生, 丁赤飚, 洪文, 汪丙南, 韦立登 申请人:中国科学院电子学研究所