專利名稱：分布式衛(wèi)星sar系統(tǒng)非平行航跡補償方法
技術領域：
本發(fā)明屬于目標檢測技術領域，更進一步涉及一種分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)非平行航 跡補償方法，可以應用于分布式衛(wèi)星合成孔徑雷達地面動目標檢測SAR-GMTI，該方法可以 通過對非平行航跡的補償，提高分布式衛(wèi)星合成孔徑雷達地面動目標檢測所需復圖像對的 相關性，還可以為運動目標測速定位提供準確的沿航跡基線。
背景技術：
在進行分布式衛(wèi)星SAR-GMTI處理時，需要對接收星的成像結果進行高程干涉相 位補償，使得各通道空域導向近似相同。為了克服分布式衛(wèi)星雷達系統(tǒng)中，各衛(wèi)星航跡不平 行給高程干涉相位補償帶來的影響，提高各通道SAR圖像的相關性；同時為了克服非平行 航跡、混合基線和非嚴格正側視給GMTI沿航跡基線精確計算帶來的困難，需要對分布式衛(wèi) 星非平行航跡進行補償，補償主要進行非平行航跡的數(shù)據(jù)域補償和沿航跡基線的計算。對于分布式衛(wèi)星非平行航跡的數(shù)據(jù)域補償，王彤等人曾在文章“分布式小衛(wèi)星干 涉高程測量”(《系統(tǒng)工程和電子技術》2004年7月26卷第7期第859-862頁)中提出了 一種方法。該方法根據(jù)理想平行航跡與實際航跡對地觀測波程差，對回波數(shù)據(jù)進行快時間 平移變換，從而實現(xiàn)非平行航跡補償。由于該方法在計算理想平行航跡和實際航跡對地觀 測波程差中，所采用的公式是在理想平行航跡處于過真實航跡垂直于地面的平面中的幾何 關系下推導出來的，而在進行分布式衛(wèi)星SAR-GMTI處理時，往往無法出現(xiàn)公式推導中需要 的理想狀態(tài)下的幾何關系，導致無法實現(xiàn)該方法的補償效果。對于沿航跡基線的計算，余慧等人曾在文章“分布式衛(wèi)星ATI-SAR性能分析與基 線估計”(《電子與信息學報》2009年6月31卷第6期第1301-1304頁)中，提出了一種基 于回波數(shù)據(jù)的基線估計方法，通過對接收回波信號的特征分解，得到兩路信號的干涉相位， 并根據(jù)干涉相位與多普勒頻率的線性關系解算出星間基線長度。但是，該方法僅適用于分 布式衛(wèi)星構型只具有沿航跡基線情況，對同時存在沿航跡基線和垂直航跡基線的情況并不 適用。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術的不足，從分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)的觀測幾何構型 出發(fā)，提供一種對非平行航跡補償方法，實現(xiàn)非平行航跡的數(shù)據(jù)域補償，提高SAR圖像對的 相關性，同時獲得精確的沿航跡基線計算結果。本發(fā)明對工作在一發(fā)兩收模式下的雙星系統(tǒng)補償?shù)木唧w步驟包括如下(1)擬合航跡方程。處理系統(tǒng)對衛(wèi)星下傳的主、輔星GPS星歷位置測量數(shù)據(jù)采用總 體最小二乘法擬合主、輔星成像時間段內航跡時間參數(shù)方程。(2)航跡位置重采樣。將成像時間段內的每一個方位脈沖發(fā)射時間，代入步驟(1) 獲得的航跡時間參數(shù)方程中，得到以脈沖重復周期為采樣周期的航跡位置坐標。(3)構造新輔星航跡
3a)在步驟(1)獲得的主星時間參數(shù)方程中，選取時間參數(shù)的一次及一次以上項 的系數(shù)，將其確定為新輔星航跡時間參數(shù)方程中的對應項系數(shù)。3b)在步驟(1)獲得的輔星時間參數(shù)方程中，選取常數(shù)項，將其確定為新輔星航跡 時間參數(shù)方程的常數(shù)項。(4)補償輔星回波數(shù)據(jù)。對成像時間段內每一方位脈沖發(fā)射時刻，逐一分別進行步
驟4a)和步驟4b)操作，補償回波數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對整個成像段回波數(shù)據(jù)的非平行航跡數(shù)據(jù)域補 m
te ο4a)計算波束中心視線方向單位矢量。建立波束中心視線矢量的幾何關系模型，構 造t= τ時刻波束中心視線矢量與其他矢量幾何關系的方程組
(α(τ),5(τ)) = φ .{!>{τ),ν(τ)) = θ其中b( τ )為t = τ時刻輔星波束中心視線方向單位矢量，a( τ )為t = τ時刻由輔星指向地心的矢量，τ時刻輔星的速度矢量，θ為天線斜視角，識為波束中心的下視角，求解方程組得到t = τ時刻的輔星波束中心視線方向單位矢量b ( τ )。4b)計算觀測波程差，補償輔星回波數(shù)據(jù)。將t= τ時刻新輔星航跡與原輔星航 跡的位置差矢量，向步驟4a)中b( τ)投影，得到觀測波程差δ R(T)，并對輔星回波數(shù)據(jù)進 行快時間平移補償。(5)計算沿航跡基線。建立補償為平行航跡的分布式衛(wèi)星的觀測幾何模型，計算沿 航跡基線長度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有以下優(yōu)點第一，由于本發(fā)明采用總體最小二乘法對星歷位置測量數(shù)據(jù)擬合，能夠克服具有 短時相關性的GPS測量誤差的影響；第二，由于本發(fā)明在步驟(4)中建立分布式衛(wèi)星非平行航跡的觀測幾何模型時， 并沒有限定星間的相對構型，因此相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明對非平行航跡的數(shù)據(jù)域補償處理 方法不受觀測幾何構型的限制，在任意GMTI工作的觀測時刻都可以進行非平行航跡的補 償處理，有利于提高主、輔星SAR圖像對的相關性，從而獲得具有更好的GMTI性能；第三，由于本發(fā)明在步驟(5)中建立計算沿航跡基線幾何模型時，考慮到了存在 混合基線和雷達非嚴格正側視的情況，因此相比現(xiàn)有技術，本發(fā)明對沿航跡基線的計算，不 受基線構型和雷達視角的影響，能為動目標測速定位提供精確的沿航跡基線參數(shù)，利于獲 得更準確的測速定位結果。


圖1是本發(fā)明的非平行航跡補償方法流程圖。
圖2是本發(fā)明波束中心視線矢量的幾何關系示意圖。圖3是本發(fā)明航跡平行的分布式衛(wèi)星的觀測幾何模型示意圖。圖4是未采用本發(fā)明補償?shù)呐錅屎笾鳌⑤o星SAR圖像干涉相位圖。圖5是采用本發(fā)明補償?shù)呐錅屎笾鳌⑤o星SAR圖像干涉相位圖。
具體實施例方式下面結合附圖對本發(fā)明做進一步的描述。參照圖1，本發(fā)明的具體實施步驟如下步驟1.擬合航跡方程。主、輔星位置測量數(shù)據(jù)是地心慣性坐標系下衛(wèi)星X、Y、Z三個位置坐標的GPS測量 值。在很短的成像時間內，衛(wèi)星的運動航跡可以采用以時間t為參數(shù)的低階多項式模型近 似。多項式各項系數(shù)的求解，可以通過處理系統(tǒng)對GPS位置測量數(shù)據(jù)采用常用的最小二乘 法擬合得到。實際中考慮到GPS測量誤差在短時間內具有相關性，因此采用總體最小二乘 法能夠獲得更好的擬合性能。以主星Y坐標時間參數(shù)方程的擬合為例。將成像的中間時刻取為t = 0時刻，選 定擬合階數(shù)為三階，則參數(shù)方程為
權利要求
1. 一種分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)非平行航跡補償方法，包括如下步驟(1)擬合航跡方程處理系統(tǒng)對衛(wèi)星下傳的主、輔星GPS星歷位置測量數(shù)據(jù)采用總體最 小二乘法擬合主、輔星成像時間段內航跡時間參數(shù)方程；(2)航跡位置重采樣將成像時間段內的每一個方位脈沖發(fā)射時間，代入步驟(1)獲得 的航跡時間參數(shù)方程中，得到以脈沖重復周期為采樣周期的航跡位置坐標；(3)構造新輔星航跡3a)在步驟(1)獲得的主星時間參數(shù)方程中，選取時間參數(shù)的一次及一次以上項的系 數(shù)，將其確定為新輔星航跡時間參數(shù)方程中的對應項系數(shù)；3b)在步驟(1)獲得的輔星時間參數(shù)方程中，選取常數(shù)項，將其確定為新輔星航跡時間 參數(shù)方程的常數(shù)項；(4)補償輔星回波數(shù)據(jù)對成像時間段內每一方位脈沖發(fā)射時刻，逐一分別進行步驟 4a)和步驟4b)操作，補償回波數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對整個成像段回波數(shù)據(jù)的非平行航跡數(shù)據(jù)域補 償；4a)計算波束中心視線方向單位矢量建立波束中心視線矢量的幾何關系模型，構造t =τ時刻波束中心視線矢量與其他矢量幾何關系的方程組
2.根據(jù)權利要求1所述的分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)非平行航跡補償方法，其特征在于所 述步驟(1)中時間參數(shù)方程的擬合是在對主、輔星每個坐標建立方程組Ak = y的基礎上， 采用總體最小二乘法求解得到時間參數(shù)方程中各項系數(shù)，其中A為時間參數(shù)矩陣，y為由所 取坐標GPS測量值構成的矢量，k為由時間參數(shù)方程中各項系數(shù)構成的矢量。
3.根據(jù)權利要求1所述的分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)非平行航跡補償方法，其特征在于所 述步驟O)中方位脈沖發(fā)射時間是指以脈沖重復周期為采樣周期對成像時間段內時間重 采樣獲得的各個時間。
4.根據(jù)權利要求1所述的分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)非平行航跡補償方法，其特征在于所 述步驟(5)中沿航跡基線長度計算采用如下公式
全文摘要
本發(fā)明公開了一種分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)非平行航跡補償方法，主要解決分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)中非平行航跡補償及沿航跡基線的計算的問題。其實現(xiàn)過程為采用總體最小二乘法對星歷位置測量數(shù)據(jù)擬合，得到成像時間段內衛(wèi)星航跡的時間參數(shù)方程；對航跡位置重采樣，得到每一個方位脈沖發(fā)射時間的航跡位置坐標；構造平行于主星航跡的新輔星航跡的時間參數(shù)方程；對輔星回波數(shù)據(jù)補償，得到等效為沿平行于主星航跡的新輔星航跡接收的回波；計算沿航跡基線長度。本發(fā)明對星歷位置測量數(shù)據(jù)的擬合能夠克服具有短時相關性的GPS測量誤差的影響，能為GMTI雜波抑制提供相關性更高的圖像對及為運動目標測速定位提供準確的沿航跡基線。
文檔編號G01S13/90GK102073036SQ201010527770
公開日2011年5月25日 申請日期2010年10月29日 優(yōu)先權日2010年10月29日
發(fā)明者廖桂生, 束宇翔, 楊志偉 申請人:西安電子科技大學