一種基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法
【專利摘要】本發(fā)明一種基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法包括：在多基線干涉SAR系統(tǒng)中構(gòu)建一個主POS系統(tǒng)，一條剛性基線，多條柔性基線和分布式IMU；對多基線干涉SAR系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)做后處理融合，得到秒級的柔性基線低頻分量；將柔性基線低頻分量與分布式IMU進(jìn)行組合濾波，得到各個分布式IMU高頻運動信息，從而獲得柔性基線高頻分量。本發(fā)明采用干涉相位來估計柔性基線信息，提高測量精度。采用一部高精度POS系統(tǒng)加分布式IMU模式進(jìn)行柔性基線測量，IMU可采用輕型較低精度IMU，降低成本且利于安裝。本發(fā)明不需要構(gòu)建復(fù)雜的機(jī)翼撓曲變形模型，僅通過干涉SAR數(shù)據(jù)后處理來實現(xiàn)基線運動信息高頻輸出，更易于工程實現(xiàn)。
【專利說明】一種基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明信息獲取與處理【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及一種基于剛性和柔性基線組合的多基線測
量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]干涉合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)系統(tǒng)中主要通過穩(wěn)定的干涉基線保證干涉測量性能，然而根據(jù)實際的飛行平臺通常構(gòu)建較短的剛性基線來保證干涉SAR系統(tǒng)高程測量精度，隨著SAR傳感器技術(shù)的發(fā)展，多天線分布式同時對地觀測成為SAR研究的一個重要方向。然而受平臺限制，多基線不能完全保持剛性，隨著平臺運動發(fā)生柔性變形。
[0003]采用分布式POS (Position & Orientation System)系統(tǒng)進(jìn)行柔性基線測量是一種較為直接的方法，分布式POS由I個安裝在飛機(jī)腹部的主系統(tǒng)和若干分布安裝在機(jī)翼上的子POS系統(tǒng)構(gòu)成，得到高精度的位置、速度和姿態(tài)信息，通過建立機(jī)翼撓曲變形模型，將主系統(tǒng)得到的高精度位置、速度和姿態(tài)信息傳遞到子系統(tǒng)，提高子系統(tǒng)的位置、速度和姿態(tài)精度。
[0004]分布式POS系統(tǒng)柔性多基線的測量方案具有如下的技術(shù)缺陷:
[0005](I)POS系統(tǒng)定位精度在厘米量級，不能滿足高精度SAR成像的需求。
[0006](2)分布式POS系統(tǒng)價格昂貴，大大增加了測量系統(tǒng)成本。
[0007](3)要提高分布式POS測量精度，需要構(gòu)建精確的機(jī)翼撓曲變形模型，這在實際中很難實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]為了解決現(xiàn)有技術(shù)的問題，本發(fā)明的目的是提供一種基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法。
[0009]為了實現(xiàn)所述目的，本發(fā)明提供的一種基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法，所述多基線測量的步驟如下:
[0010]步驟S1:在多基線干涉SAR系統(tǒng)中構(gòu)建一個主POS系統(tǒng)，一條剛性基線，多條柔性基線和分布式IMU ；
[0011]步驟S2:對多基線干涉SAR系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)做后處理融合，得到秒級的柔性基線低頻分量；
[0012]步驟S3:將柔性基線低頻分量與分布式MU進(jìn)行組合濾波，得到各個分布式IMU高頻運動信息，從而獲得柔性基線高頻分量。
[0013]本發(fā)明的有益效果
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，存在下面的優(yōu)勢:
[0015](I)本方案采用干涉相位來估計柔性基線信息，大大提高了測量精度。
[0016](2)本方案采用一部高精度POS系統(tǒng)加分布式MU模式進(jìn)行柔性基線測量，MU可采用輕型較低精度MU，大大降低了成本且利于實際安裝。
[0017](3)本方案不需要構(gòu)建復(fù)雜的機(jī)翼撓曲變形模型，僅通過干涉SAR數(shù)據(jù)后處理來實現(xiàn)基線運動信息高頻輸出，更易于工程實現(xiàn)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0018]圖1是本發(fā)明的多基線干涉SAR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；
[0019]圖2是本發(fā)明的多基線估計原理圖；
[0020]圖3是本發(fā)明的組合濾波結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0021]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0022]本發(fā)明一種基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法，包括以下步驟:
[0023]步驟S1:圖1示出為多基線干涉SAR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖，由一個主POS系統(tǒng)，一條剛性基線，多條柔性基線和兩個分布式器件IMU組成，多條柔性基線首尾端串聯(lián)連接，每根串聯(lián)連接的柔性基線的兩端部分別與多基線干涉SAR系統(tǒng)的兩個天線的一連接孔處，將多個天線構(gòu)成串聯(lián)連接結(jié)構(gòu)，在串聯(lián)連接天線結(jié)構(gòu)的中間位置由剛性基線分別與兩個天線的連接孔連接，主POS系統(tǒng)位于剛性基線附近，兩個分布式器件MU位于柔性基線處天線附近。主POS系統(tǒng)采用POS AV610系統(tǒng)，其后處理位置測量精度達(dá)到5厘米，水平姿態(tài)角(橫滾/偏航)測量精度為2.5 ° %。，航向角測量精度為5° %。，其具體技術(shù)指標(biāo)如下表所示。
[0024]
【權(quán)利要求】
1.一種基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法，其特征在于:所述多基線測量包括以下步驟: 步驟S1:在多基線干涉SAR系統(tǒng)中構(gòu)建一個主POS系統(tǒng)，一條剛性基線，多條柔性基線和分布式頂U(kuò) ； 步驟S2:對多基線干涉SAR系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)做后處理融合，得到秒級的柔性基線低頻分量; 步驟S3:將柔性基線低頻分量與分布式IMU進(jìn)行組合濾波，得到各個分布式IMU高頻運動信息，從而獲得柔性基線高頻分量。
2.如權(quán)利要求1所述的基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法，其特征在于，所述高頻運動信息是50Hz~200Hz運動信息。
3.如權(quán)利要求1所述的基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法，其特征在于，所述構(gòu)建主POS系統(tǒng)、剛性基線和分布式IMU的步驟如下: 步驟Sll:將主POS系統(tǒng)固連在剛性基線上，通過剛性基線的傳遞，測量出剛性基線上任意一點運動狀態(tài)； 步驟S12:沿著剛性基線軸向分布多個待測量的柔性基線； 步驟S13:將多基線干涉SAR系統(tǒng)的天線分布在剛性基線和柔性基線的兩端，并在柔性基線連接的天線位置處放置分布式IMU，用于測量該天線的運動狀態(tài)。
4.如權(quán)利要求1所述的基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法，其特征在于，對多基線干涉SAR系統(tǒng)數(shù)據(jù)后處理融合的步驟包括: 步驟S21:將多基線干涉SAR系統(tǒng)采集的多個通道數(shù)據(jù)兩兩做干涉，經(jīng)過相干成像和干涉處理，獲得多組干涉相位； 步驟S22:通過事先測量和外定標(biāo)獲得剛性基線矢量的精確值，主POS系統(tǒng)測量的運動狀態(tài)通過剛性基線傳遞到剛性基線兩端的天線中心，所述剛性基線矢量包括剛性基線長度B1和剛性基線傾角α 1 ； 步驟S23:由獲得的柔性基線干涉相位和剛性基線矢量，反演柔性基線矢量。
5.如權(quán)利要求4所述的基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法，其特征在于，所述的反演柔性基線矢量的具體步驟如下: 由干涉測量基本原理，設(shè)天線收發(fā)的模式為標(biāo)準(zhǔn)模式，雙天線之間的斜距差A(yù)r與干涉相位△ Φ滿足下面函數(shù)關(guān)系:
6.如權(quán)利要求3所述的基于剛性和柔性基線組合的多基線測量方法，其特征在于，所述將柔性基線低頻分量與分布式IMU進(jìn)行組合濾波的步驟包括: 步驟S31:對分布式IMU測量到的數(shù)據(jù)進(jìn)行捷連解算，獲得粗精度的天線運動參數(shù)； 步驟S32:將粗精度的天線運動參數(shù)與柔性基線低頻分量進(jìn)行組合濾波，得到天線運動參數(shù)解算誤差； 步驟S33:將天線運動參數(shù)解算誤差反饋到捷連算法中，校正天線運動參數(shù)，最終輸出1?精度的天線的1?頻運動息。
【文檔編號】G01S13/90GK103852760SQ201210512927
【公開日】2014年6月11日 申請日期:2012年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2012年12月4日
【發(fā)明者】向茂生, 丁赤飚, 洪文, 汪丙南, 韋立登 申請人:中國科學(xué)院電子學(xué)研究所