[發明專利]用于輕小型合成孔徑雷達系統中低成本運動誤差測量裝置

有效

• 申請號: 201410049905.8
• 申請日: 2014-02-13
• 公開（公告）號: CN103823209A
• 公開（公告）日: 2014-05-28
• 發明（設計）人: 李和平;王巖飛;徐向輝;周長義;張建龍
• 申請（專利權）人: 中國科學院電子學研究所
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S13/90
• 代理公司: 中科專利商標代理有限責任公司 11021
• 代理人: 宋焰琴

技術領域

本發明涉及運動測量裝置領域，特別涉及一種用于輕小型合成孔徑雷達系統中低成本運動誤差測量裝置。?

背景技術

合成孔徑雷達系統是一種微波遙感成像設備。它能夠獲取地物的二維散射系數分布圖像，具有全天時、全天候工作的優點，應用遍及國防和民用等各個領域，發揮了巨大的作用。?

合成孔徑雷達理論研究的不斷深入，新的雷達體制和方法不斷涌現，加之超大規模集成電路的應用，使得合成孔徑雷達技術近年來獲得了迅猛發展。多模式、多波段、多極化、多功能等成為合成孔徑雷達的主要特點。雷達技術的提高和單個集成電路器件的能力強大，輕小型合成孔徑雷達成為合成孔徑雷達發展的一個重要方向，雷達的小型化大大拓展了合成孔徑雷達的應用平臺。?

通過調研發現：現在輕小型無人飛行器發展勢頭迅猛，被廣泛用于航拍、反恐、救援、播種等場合，并且其采購和維護成本隨著技術的發展不斷降低，加上國家的民用低空飛行領域的不斷開方，可以遇見：輕小型無人飛行器前景一片光明。?

綜上，合成孔徑雷達和輕小型無人飛行器的同步快速發展，使得兩者的結合從理論上的探討變成了現實。兩者的結合有很多優點：1)拓展了合成孔徑雷達的應用范圍；2)便利于科研試驗；3)提高了作業效率。正因為這樣，兩者的結合成為國內外研究的熱點課題。?

輕小型無人飛行器由于體積小，重量輕，在飛行的過程中極易受側風和大氣紊流的影響，飛行姿態穩定性不好，存在偏移直線的平動誤差和航線上的非勻速運動；根據合成孔徑雷達工作原理，要求雷達載體勻速直線運動，而輕小型無人飛行器飛行的姿態不穩定會產生最終雷達圖像散焦、?幾何畸變等影響，嚴重時雷達無法成像。因此，運動補償是輕小型合成孔徑雷達在輕小型無人飛行器上獲取高質量雷達圖像所必須采取的一個環節。?

雷達運動補償有兩種方法：基于傳感器的運動補償和基于原始數據的運動補償。這里只關注第一種方法。傳統的基于傳感器的運動補償方法為：使用慣性測量裝置測出雷達天線相位中心的位置、速度、加速度和轉動角度等信息，然后通過天線穩定平臺補償天線指向誤差；通過地速跟蹤補償前向速度誤差；通過調整采樣起始時刻和疊加相位來補償平動誤差。該方法補償精度的提高在很大程度上取決于慣性測量裝置的精度，同時絕大多數雷達都采用現有的貨架產品作為運動姿態測量裝置。這種方式存在的問題：?

1)輕小型飛行器對重量特別敏感，現有的慣性測量設備重量重，不適合在該類飛行器上應用；?

2)為了獲取高精度的運動測量參數，就需要采用高精度的慣導測量裝置，通常精度越高，慣導設備價格貴，這與低成本的雷達設備相矛盾；?

3)現有的慣性測量設備工作頻率低，通常只有20Hz左右，而雷達的工作頻率高達1000Hz左右，為了將慣性測量設備測量出來的信息應用到合成孔徑雷達，需要進行插值等處理；?

4)現有的慣性測量設備輸出位置、姿態、速度和加速度信息，對雷達設備而言，存在兩個方面的問題：一方面，信息存在大量冗余；另一方面，雷達不能夠直接利用這些信息，而是需要對它們進行預處理，轉換成為天線相位中心的運動軌跡和姿態信息，然后才能夠補償。?

發明內容

(一)要解決的技術問題?

為了克服通用慣性測量設備在輕小型合成孔徑雷達系統中應用存在的問題，本發明的目的是提出的一種用于輕小型合成孔徑雷達系統中低成本運動測量裝置在滿足合成孔徑雷達系統中運動補償要求的同時，降低了成本和重量。?

(二)技術方案?

本發明提供的一種用于輕小型合成孔徑雷達系統中低成本運動誤差測量裝置包括傳感器單元、數據采集單元和數據處理單元，其中：?

傳感器單元，用于獲取雷達載體的三個方向加速度和全球定位系統(Global?Positioning?System-GPS)位置信息；?

數據采集單元，在脈沖重復頻率信號的控制下，用于對三個方向加速度進行數字化處理，將數字化的三個方向加速度與GPS位置信息組包后，并輸出GPS位置數據和加速度數據；?

數據處理單元，用于對GPS位置數據和加速度數據進行處理，得到雷達載體的位置和速度，然后解算并向合成孔徑雷達系統輸出雷達視線方向的平動誤差和航向上的速度誤差。?

(三)有益效果?

本發明提供的一種用于輕小型合成孔徑雷達系統中的低成本運動誤差測量裝置具有以下優點：?

1)成本低；?

在一套慣性測量裝置中，最貴的部件為三個方向的陀螺，在本發明提出的運動誤差測量裝置無需測量運動姿態，所以省略了陀螺，導致最終的成本很低；?