[發明專利]一種基于分布式POS的機載雙天線InSAR基線計算方法

有效

• 申請號: 201610344264.8
• 申請日: 2016-05-23
• 公開（公告）號: CN106054185B
• 公開（公告）日: 2018-01-09
• 發明（設計）人: 劉剛;盧兆興;宮曉琳;房建成;李建利;曹全;張帥
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司11251
• 代理人: 成金玉,盧紀

技術領域

本發明涉及一種基于分布式POS的機載雙天線InSAR基線計算方法，屬于航空遙感領域，可用于基于分布式POS系統的機載雙天線InSAR系統干涉成像。

背景技術

干涉合成孔徑雷達(Interferometric Synthetic Aperture Radar，InSAR)技術是合成孔徑雷達與微波干涉相結合而產生的一項技術。InSAR以不同視角下兩幅或者多幅雷達復圖像所形成的干涉相位為信息源進行反演而得到地表三維地形及其變化信息。InSAR天線相位中心的運動參數以及天線相位中心之間的空間位移矢量(基線)的測量精度是影響InSAR干涉成像精度的關鍵因素之一，必須對其進行精確測量。

位置和姿態測量系統(Position and Orientation System，POS)是目前獲取SAR天線運動參數的主要手段，主要由慣性測量單元(Inertial Measurement Unit，IMU)、GPS天線與接收機、POS導航計算機和后處理軟件組成，IMU通常與SAR天線固定連接，用于測量三維線加速度和三維角速度，通過捷聯解算和濾波算法將慣性量測信息同GPS量測信息進行融合，從而連續、實時地獲取天線相位中心的位置、速度和姿態等全面的運動參數。對于機載雙天線InSAR系統而言，由于工作過程中載機機體(包括機翼)的撓曲變形，導致各個SAR天線相位中心之間的相對空間位置關系動態變化，因此單個POS系統無法同時獲得多個SAR天線的運動參數，更無法實現基線的準確測量。分布式POS由一個主POS和多個IMU(子IMU)組成，主POS的GPS天線和主IMU通常與載機機體固定連接，并通過濾波的方法實現慣性/衛星組合導航。兩個子IMU分別與兩天線固定連接，并盡可能安裝在天線相位中心，分別記為子IMU1和子IMU2。子IMU通過與主POS進行傳遞對準測量對應SAR天線相位中心的運動參數，并根據SAR天線相位中心的運動參數計算基線。

為了能夠提高InSAR干涉成像的精度和分辨率，要求SAR天線相位中心之間的基線足夠長，且通常通過安裝結構將InSAR天線安裝于機體的兩側。由于載機機體(包括機翼)及安裝結構存在彈性形變，使得子IMU測量中心與主POS測量中心之間相對空間位置發生動態變化。相對空間位置的動態變化使得主POS定位數據難以精確傳遞給子IMU，難以實現子IMU與主POS位置信息的精確融合，導致SAR天線相位中心定位精度下降，進而導致干涉SAR天線基線難以精確計算。因此不能直接利用主POS和子IMU傳遞對準得到的位置信息對干涉SAR天線相位中心進行定位并直接計算基線。

發明內容

本發明的技術解決的問題是：提供了一種基于分布式POS的機載雙天線InSAR基線計算方法。機載雙天線InSAR在工作過程中，通過分布式POS測量干涉SAR天線相位中心的運動信息。由于載機機體(包括機翼)及安裝結構存在彈性形變，使得子IMU測量中心與主POS測量中心之間相對空間位置發生動態變化。相對空間位置的動態變化使得主POS定位數據難以精確傳遞給子IMU，難以實現子IMU與主POS位置信息的精確融合，導致SAR天線相位中心定位精度下降。此時，若直接利用主POS和子IMU傳遞對準得到的干涉SAR天線相位中心運動參數，進行基線計算將引入較大誤差。

針對上述問題，本方法利用分布式POS輸出的姿態信息，計算主IMU與子IMU之間的相對姿態變化，再利用標校獲得的桿臂信息計算子IMU測量中心在主IMU坐標系下的相對位置變化，進而計算得到地理坐標系下SAR天線相位中心之間的基線矢量。克服了直接利用主POS和子IMU傳遞對準得到的干涉SAR天線相位中心運動參數計算基線誤差較大的不足。本發明具有計算精度高、易于實現的特點，提高了機載雙天線InSAR基線測量精度，提高了InSAR成像的精度。

本發明的技術解決方案為：一種基于分布式POS的機載雙天線InSAR基線計算方法，具體步驟如下：