第六章(雷達(dá)成像--邢孟道)_第1頁
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1、1第 6 章 基于回波數(shù)據(jù)的合成孔徑雷達(dá)運(yùn)動補(bǔ)償在前兩章里已經(jīng)討論了 SAR 的基本原理和成像算法,由于載體的運(yùn)動而形成長的線性合成陣列,從而獲得高的橫向分辨率。在前面我們也曾指出,為便于分析,設(shè)載機(jī)的運(yùn)動狀況是理想的,雷達(dá)以確定指向和恒定速度作平行于地面的直線運(yùn)動。實際上載機(jī)運(yùn)動狀況不可能是理想的,星載 SAR 的狀況還比較好,人造衛(wèi)星在外層空間的運(yùn)動比較穩(wěn)定;機(jī)載 SAR,特別是中、低空飛行的機(jī)載 SAR,由于氣流不穩(wěn)定的影響,運(yùn)

2、動的不穩(wěn)定性較大,如果不采取運(yùn)動補(bǔ)償,則所錄取的數(shù)據(jù)受到不穩(wěn)定因素的影響會有較大的失真,從而使成像質(zhì)量下降,甚至不能成像。所謂“運(yùn)動是 SAR 的依據(jù),也是產(chǎn)生問題的根源” 。載機(jī)受氣流影響產(chǎn)生顛簸主要表現(xiàn)在兩個方面:一是位置;另一是姿態(tài)(即轉(zhuǎn)動) 。兩者都是三維的,姿態(tài)的變化包括偏航、俯仰和橫滾。聯(lián)系到合成孔徑雷達(dá),位置誤差主要影響天線相位中心(APC)的位置,因而影響它到目標(biāo)的距離,我們知道,距離變化會影響回波相位,對合成孔徑雷達(dá)是

3、至關(guān)重要的。姿態(tài)變化則會影響雷達(dá)波束指向。實際上,機(jī)載合成孔徑雷達(dá)的天線必須安裝在由慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)精確控制的穩(wěn)定平臺上,能使雷達(dá)波束指向與預(yù)定航線的角坐標(biāo)精度滿足要求。而位置誤差則不可能完全控制和消除,只是可以加以測量,用測量到的誤差進(jìn)行補(bǔ)償。所以本章所討論的運(yùn)動補(bǔ)償主要是雷達(dá) APC 偏離預(yù)定的理想位置時的補(bǔ)償問題。機(jī)載 SAR 的運(yùn)動補(bǔ)償主要有基于儀表測量的和基于信號處理的,前者主要依靠載機(jī)的慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)和全球定位

4、系統(tǒng)(GPS) ,用以測定載機(jī)的精確位置。慣性導(dǎo)航系統(tǒng)響應(yīng)速度快,具有短時間測量精度,這正是合成孔徑雷達(dá)成像所需要的,它基本上能將成像相干積累時間里的誤差狀況測量出來。不過,它直接測量的是加速度,通過兩次時間積分才能得到位置數(shù)據(jù),長時間工作會產(chǎn)生誤差積累。全球定位系統(tǒng)是直接測量位置數(shù)據(jù)的,但系統(tǒng)響應(yīng)較慢。將兩者相結(jié)合,??色@得高的位置精度。實際上,為保證 SAR 成像所需的精度主要靠響應(yīng)速度快的慣性導(dǎo)航系統(tǒng),至于測量時載機(jī)所在地實際區(qū)域

5、和位置的確定主要靠全球定位系統(tǒng)。3進(jìn)行基于回波數(shù)據(jù)運(yùn)動補(bǔ)償?shù)幕A(chǔ);6.3 節(jié)討論法平面和沿航線運(yùn)動誤差的補(bǔ)償;6.4 節(jié)討論 PGA 自聚焦補(bǔ)償方法;6.5 節(jié)介紹結(jié)合運(yùn)動補(bǔ)償?shù)?SAR 成像的實例。6.1 SAR 平臺的運(yùn)動情況 平臺的運(yùn)動情況6.1.1 慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的運(yùn)動參數(shù)情況簡介 慣導(dǎo)系統(tǒng)測量的運(yùn)動參數(shù)情況簡介運(yùn)動參數(shù)通??捎脩T性測量單元(IMU)和慣性導(dǎo)航系統(tǒng)(INS)測得。對從 IMU 或 INS 的加速度計和陀螺儀獲得

6、的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理可以重構(gòu)出飛機(jī)的三維運(yùn)動軌跡(即沿航線,垂直航線,天頂方向) ,同時也可得到 IMU 位置的三個角度分量(即偏航角,俯仰角,橫滾角) 。慣性測量單元主要測量參數(shù)有:航向角、俯仰角、橫滾角、速度東、速度北、速度天、加速度東、加速度北、加速度天、載機(jī)經(jīng)度、載機(jī)緯度等,也可輸出偏流角、擦地角、方位角、前向加速度、橫向加速度、前向速度、橫向速度等。但是從已有的一些實測數(shù)據(jù)來說,一般飛機(jī)慣導(dǎo)系統(tǒng)的測量精度相對較低,速度和斜視角有時有

7、壞值,測量加速度的變化更加劇烈,每個脈沖都有較大差異。圖 6.1 為由慣導(dǎo)系統(tǒng)(測量精度一般)所獲得的部分運(yùn)動參數(shù)的例子,其中圖 6.1(a)為 160 秒時間區(qū)間的前向加速度的時間變化曲線,圖 6.1(b)為160 秒時間區(qū)間的橫向加速度曲線,可見加速度變化劇烈,主要由于加速度計非常敏感,而快速對稱振蕩變化的加速度對速度沒有影響,實際產(chǎn)生影響的是它的中值,圖 6.1(c)和(d)對圖 6.1(a)和(b)每秒輸出的加速度慣導(dǎo)數(shù)據(jù)取中值

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