[發明專利]一種基于多普勒參數分析的UAV聚束SAR前向速度估計方法

在審

• 申請號: 201610996448.2
• 申請日: 2016-11-13
• 公開（公告）號: CN106597436A
• 公開（公告）日: 2017-04-26
• 發明（設計）人: 周松;楊磊;李偉平
• 申請（專利權）人: 華東交通大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/40
• 代理公司: 南昌市平凡知識產權代理事務所36122
• 代理人: 姚伯川

技術領域

本發明涉及一種基于多普勒參數分析的UAV聚束SAR前向速度估計方法，屬合成孔徑雷達成像技術領域。

背景技術

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一種全天時、全天候的微波遙感技術。將SAR技術與無人機(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)平臺相結合，能夠有效提高UAV的偵察能力。然而，在復雜的戰場環境下，UAV的飛行航跡往往較大程度偏離理想的勻速直線運動，而UAV通常配備的慣導(Inertial Navigation System，INS)系統精度較低，尤其一些小型、輕型、低空UAV平臺甚至不配備INS系統，這給SAR成像的運動補償引入難點，影響SAR圖像的聚焦。雖然基于回波數據的自聚焦方法能夠在一定程度上改善SAR圖像的聚焦質量，但是該方法是將UAV的前向運動誤差和側向運動誤差的影響作為一個整體相位誤差進行估計和補償，其引入的圖像幾何形變將嚴重影響后續的圖像處理、目標定位和識別。因此，對SAR平臺前向速度的估計至關重要。文獻中有的提出了基于多普勒參數分析的前向速度估計方法，用于消除SAR圖像的幾何形變，該方法在正側視條帶SAR模式下能夠獲得較好的估計精度，然而對于信號模型更為復雜的聚束SAR成像，該方法的性能明顯下降。

發明內容

本發明的目的是，針對UAV聚束SAR成像方法存在的問題，本發明提出了一種基于多普勒參數分析的UAV聚束SAR前向速度估計方法，一種更精確的前向速度估計方法。

實現本發明的技術方案如下：一種基于多普勒參數分析的UAV聚束SAR前向速度估計方法，包括以下內容：

所述方法在聚束模式下，回波信號的多普勒調頻率γ(t)可近似為如下形式：

其中v_X為沿航線前向速度；a_X沿航線加速度；v_r為垂直航線的速度；a_r為垂直航線的加速度；θ為斜視角；λ為波束的波長R_b；為場景中心點的最短斜距。

由于v_X和a_X、v_r和a_r是導數關系，因此，則認為式(1)中第一、第二項為低頻分量，第三、四、五項為高頻分量；對一段時間內估計得到的多普勒調頻率進行低通濾波，即可分離得到式(1)中的低頻分量：

在式(2)中，θ為參量斜視角，即波束與垂線之間的夾角；

沿航線前向速度v_X和沿航線加速度a_X均為時間t的函數，假設v_X和a_X的表示形式如下：

將式(3)代入式(2)，即可通過多項式擬合得到參數a₀、a₁和a₂，并由式(3)計算v_X和a_X。

本發明的有益效果是，本發明根據UAV聚束SAR的信號特性，分析了信號的多普勒調頻率與UAV平臺前向速度、加速度，側向速度、加速度、斜視角等變量的相互關系，并給出了一種適用于UAV聚束SAR的前向速度估計方法。相比現有估計方法，本發明方法在UAV聚束SAR情況下可以獲得更高的速度估計精度。

附圖說明

圖1為UAV聚束SAR成像幾何模型；

圖2為估計得到的多普勒調頻率變化曲線；

圖3為估計得到的前向速度變化曲線；

圖4為前向速度估計誤差；

其中，VX為沿航線的前向速度；aX為沿航線加速度；ar為側向加速度；RB為場景中心點的最短斜距；θ為斜視角。

具體實施方式

本發明具體實施方式如下：

本實施例UAV聚束SAR成像幾何如圖1所示，在合成孔徑時間內，波束一直照射成像區域。在理想情況下，載有雷達系統的UAV沿直線做勻速運動。在實際情況中，由于UAV自身的運動特性以及低空氣流等因素的影響，實際的UAV運動軌跡通常偏離理想的勻速直線狀態，如圖1中虛線所示。