[發明專利]雙區成像合成孔徑雷達圖像匹配導航的方法

有效

• 申請號: 201210028591.4
• 申請日: 2012-02-09
• 公開（公告）號: CN103245948A
• 公開（公告）日: 2013-08-14
• 發明（設計）人: 韓松;王巖飛;王俊偉
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01C21/00
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 周國城

技術領域

本發明涉及合成孔徑雷達(SAR)導航定位應用技術領域，特別是涉及慣性導航系統(INS)與SAR組合導航定位技術。

背景技術

合成孔徑雷達是一種高分辨率成像雷達，其概念的產生可以追朔到上世紀的50年代初。1951年6月美國Goodyear?Aerospace公司的Carl?Wiley首先提出可以利用頻率分析方法改善雷達的角分辨率的思想。與此同時，美國Illinois大學的控制系統實驗室也獨立地展開了用非相干雷達數據進行的實驗。不僅通過實驗證實了“多普勒波束銳化”的概念，而且從理論上證明了合成孔徑雷達的原理，并于1953年研制成功了第一部相干X波段雷達系統，首次獲得了非聚焦SAR圖像。

作為一種主動式微波遙感設備，SAR具有以下一些特性：SAR依靠本身的微波輻射工作，不受氣象以及日照條件的影響，可以全天候、全天時成像；SAR采用側視成像方式，測繪帶可以離航跡很遠，有利于載體的飛行安全；SAR能獲得高分辨率和高成像精度，其理論方位向分辨率與雷達工作波長、載機飛行高度、雷達作用距離無關，因此在太空或高空都能有效地工作，這進一步擴大了它的應用范圍。

SAR具有對目標成像和識別的能力，已被廣泛應用于軍事和國民生產的各個領域中：SAR可用于普查地質結構，研究地質、巖石及礦物的分布；可測繪大面積地圖，研究地形地物的變遷；可研究海洋監視；可用來測定土壤濕度及其分布；可用于鑒別農作物，研究其生長，估計產量等；作為軍事偵察的有力武器，SAR也將成為戰場偵察中不可缺少的工具，它能發現隱蔽和偽裝的目標，并能夠對打擊效果進行準確評估。此外，作為彌補慣性導航系統制導精度漂移的重要手段，合成孔徑雷達也被用于影像匹配導航。

慣性導航系統是一種自主式導航系統，它完全依靠自身設備自主地完成導航任務，不需要任何外界的光、電信息支持，因此，具有很好的隱蔽性，不受氣象條件的限制，這些獨特的優點，使其成為在航空、航天和航海領域被廣泛應用的主要導航設備。

慣性導航系統可以提供精確的、高可靠的姿態數據，但其位置誤差確可能很大，因位置是加速度的二次積分，位置誤差隨時間而增長，嚴重依賴于加速度計的質量，特別是對于飛行時間較長的情況，漂移引起的位置誤差是多數飛行系統所不能容忍的。可以采用多種手段對慣性導航系統的漂移進行修正，如INS/GPS組合導航方法、圖像匹配結合INS方法等，其中INS/SAR組合導航方法是一種特殊的圖像匹配INS系統，由于能夠全天時、全天候工作，特別適用于一些特殊應用領域。

INS/SAR組合導航方法是利用飛行時獲取的SAR圖像與基準圖進行匹配，得到飛行器當前的位置信息，再對INS進行修正，以此實現高精度的導航定位。這種組合導航方法的實現需要以下前提：

(1)獲取SAR圖像；

(2)SAR圖像與基準圖進行匹配，獲取圖像的位置；

(3)由圖像位置解算飛行器的位置。

對于“由圖像位置解算飛行器的位置”，目前的方法是利用飛行器的高度信息結合圖像位置來反推飛行器的位置。這種方法首先要測量飛行器的機下點高度，一般利用SAR進行測高或利用獨立的高度計進行測高；其次，這種方法是基于飛行器的機下點高度與SAR成像區域高度等高的假設，對于多數地形是不適用的，會引入額外的定位誤差。

發明內容

本發明的目的是公開雙區成像合成孔徑雷達圖像匹配導航的方法，利用雙區成像合成孔徑雷達圖像與基準地圖進行匹配進行導航，在飛行器位置解算時，不使用飛行器的機下點高度信息，省去了對組合導航系統的測高要求；同時，避免了“機下點高度與SAR成像區域高度等高的假設”所引入的定位誤差。

為達到上述目的，本發明的技術解決方案是：

一種雙區成像合成孔徑雷達圖像匹配導航的方法，其包括步驟：

a)裝載于飛行器上的雙區成像合成孔徑雷達，同時對飛行器飛行航跡兩側的地面區域，或單側兩個地面區域進行成像，獲得兩側地面區域，或單側兩個地面區域的合成孔徑雷達圖像；

b)再利用與飛行器內的基準地圖進行匹配，得到飛行航跡兩側區域，或單側兩個地面區域的SAR圖像對應的地理坐標；

c)再根據這些地理坐標，通過計算，得到SAR成像時刻的飛行器位置信息，利用該位置信息對飛行器進行導航；

d)或利用該位置信息對飛行器的導航設備修正。

所述的雙區成像合成孔徑雷達圖像匹配導航的方法，其所述單側兩個地面區域進行成像，區別于傳統ScanSAR(一般翻譯為掃描式合成孔徑雷達)，對單側兩個地面區域同時成像時，兩個地面區域是非重疊的。