本發(fā)明涉及導航
技術(shù)領域：
，更具體地涉及一種基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法。
背景技術(shù)：
：隨著科技的進步，現(xiàn)代測繪技術(shù)對導航測量設備的精度要求越來越高，現(xiàn)代戰(zhàn)爭對武器系統(tǒng)精度的依賴性也越來越強，武器的精確打擊也依賴于制導技術(shù)的精度。所以，研究高精度的導航系統(tǒng)對于軍用和民用均有著十分重要的意義。目前存在的導航系統(tǒng)主要有：慣性導航系統(tǒng)(INS，InertialNavigationSystem)、衛(wèi)星導航系統(tǒng)、多普勒導航系統(tǒng)和羅蘭導航系統(tǒng)等。慣性導航系統(tǒng)具有極寬的頻帶，能夠跟蹤和反映航行體的任何機動運動，輸出又非常平穩(wěn)，所以導航系統(tǒng)多以慣性導航系統(tǒng)為主，其他導航系統(tǒng)與之進行組合，通過卡爾曼濾波等技術(shù)進行信息融合，從而實現(xiàn)優(yōu)勢互補，達到精確制導的目的。目前實用化的組合導航系統(tǒng)主要有GPS(GlobalPositionSystem)/INS、INS/地形匹配、SAR(SyntheticApertureRadar)/INS等。GPS是一種以空間為基準的衛(wèi)星導航系統(tǒng)，用戶接收機只要能同時接收來自空中4顆衛(wèi)星的信號，就能精確解算出自身所處的三維地理坐標。INS的基本工作原理是以牛頓力學定律為基礎的，即在載體內(nèi)部測量載體運動加速度，經(jīng)積分運算后得到載體的速度和位置等導航信息。GPS與INS的組合導航系統(tǒng)，克服了各自的缺點，使組合后的導航精度高于兩個系統(tǒng)單獨工作的精度。組合的優(yōu)點表現(xiàn)為：對慣性導航系統(tǒng)可以實現(xiàn)慣性傳感器的校準、慣性導航系統(tǒng)的空中對準、慣性導航系統(tǒng)高度通道的穩(wěn)定等，從而可以有效地提高慣性導航系統(tǒng)的性能和精度；而對全球定位系統(tǒng)，慣性導航系統(tǒng)的輔助可以提高其跟蹤衛(wèi)星能力，提高接收機的動態(tài)特性和抗干擾性。INS/地形匹配地形輔助導航的主要思想是在己有的機載主導航系統(tǒng)(慣導系統(tǒng))的基礎上，用無線電高度表測量飛機到下方地形的凈空高度，氣壓高度測量飛機對海平面的高度，其差值即為飛機下方地形剖面的海拔高度；利用具有足夠容量的機載數(shù)據(jù)庫、很強的數(shù)據(jù)處理能力的計算機及相應的軟件，獲得良好的導航定位性能。SAR/INS組合導航系統(tǒng)是在地形匹配導航技術(shù)的基礎上發(fā)展起來的。SAR是一種基于距離和方位二維分辨原理的成像雷達，它可以在能見度極差的氣象條件下提供類似于光學照相機的高分辨率圖像。SAR/INS組合導航系統(tǒng)的原理是在機載數(shù)字地圖數(shù)據(jù)庫中查詢到精確的參考圖，并利用當前SAR實時拍攝的區(qū)域雷達圖像進行信息匹配，獲得飛行器的位置信息，從而估計出慣導的位置偏差以及航向偏差，將此偏差作為量測量輸入卡爾曼濾波器與慣導信息進行融合，即可以得到高精度導航信息輸出，一方面可用于反饋校正慣性導航的誤差，另一方面利用該信息可以實現(xiàn)SAR運動補償以及天線的穩(wěn)定對準。對于傳統(tǒng)的組合導航方式來說，GPS/INS組合導航系統(tǒng)雖然發(fā)展時間長，技術(shù)成熟，精度高，而且長時間穩(wěn)定工作，衛(wèi)星導航系統(tǒng)精度高、長期穩(wěn)定，但是體制上都屬于外部源制導，非自主導航，導航精度也依賴于衛(wèi)星導航信號，容易受遮擋、電磁干擾等因素的影響。INS/地形匹配利用高度計測得的地形數(shù)據(jù)與基準地形庫進行匹配從而獲取定位信息，通常應用于中制導，雖然其具有自主、隱蔽、可靠、全天候的優(yōu)點，但這種方式完全依賴于地形匹配、且高度計測繪帶較窄，且無地物分辨能力，在可靠性和魯棒性方面存在一定得局限性。SAR/INS是一種自主導航系統(tǒng)，雖然具備全天時全天候作業(yè)能力，且能對隱蔽和偽裝的軍事目標具備識別能力，目前已經(jīng)形成一定得作戰(zhàn)能力，但是這種導航方式依賴于基準圖影像數(shù)據(jù)及其質(zhì)量，為提高景象匹配導航的可靠性，基準圖數(shù)據(jù)需要SAR影像數(shù)據(jù)，且影像中存在顯著的地標，然而實際中這些苛刻的條件往往難以滿足，其導航精度在幾十米量級。技術(shù)實現(xiàn)要素：(一)要解決的技術(shù)問題為了解決現(xiàn)有技術(shù)問題，本發(fā)明提供了一種基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法。(二)技術(shù)方案本發(fā)明提供了一種基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法，包括：步驟A：獲取InSAR/INS組合導航系統(tǒng)的雙天線SAR圖像，得到實際InSAR干涉條紋；步驟B：基于InSAR成像時間內(nèi)的參考直線軌跡和基準地形庫，得到仿真InSAR干涉條紋；步驟C：將所述實際InSAR干涉條紋和所述仿真InSAR干涉條紋進行匹配，得到雙天線SAR圖像的控制點；步驟D：基于所述雙天線SAR圖像的控制點和所述仿真InSAR干涉條紋，反演InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的空間地理位置參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)；以及步驟E：利用所述反演的InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的空間地理位置參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)，進行InSAR/INS組合濾波。(三)有益效果從上述技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明的基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法具有以下有益效果：(1)提高了導航精度：由于基準影像庫受時間去相關、入射角以及其它環(huán)境因素影響較大，而地形在長時間范圍內(nèi)不會發(fā)生重大變化，本發(fā)明一方面采用干涉條紋匹配而不是影像匹配，能夠大大提高匹配精度；另一方面InSAR/INS組合導航系統(tǒng)對平臺姿態(tài)較為敏感，本發(fā)明直接提取橫滾角參數(shù)，增加了一維觀測量，因而能夠進一步提高組合導航精度；(2)提高了導航系統(tǒng)的適應性：由于InSAR對地形起伏較為敏感，微弱的地形起伏能夠在干涉條紋中探測得到，采用干涉條紋匹配，提高了匹配的魯棒性，對沒有顯著地標的區(qū)域也能夠?qū)崿F(xiàn)匹配。附圖說明圖1為本發(fā)明實施例的InSAR/INS組合導航方法的示意圖；圖2為本發(fā)明實施例的基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法的流程圖。具體實施方式本發(fā)明在SAR/INS組合導航系統(tǒng)基礎上給出一種基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法，如圖1所示的InSAR(InterferometricSAR)/INS(InertialNavigationSystem)(干涉合成孔徑雷達/慣性導航系統(tǒng))組合導航方法的示意圖，由InSAR系統(tǒng)獲取的干涉條紋和基準庫仿真獲得的干涉條紋進行匹配，獲得與基準圖匹配一系列控制點，利用InSAR觀測幾何計算平臺的地理位置，并利用InSAR對姿態(tài)敏感的特性，進一步提取姿態(tài)觀測量，最后將InSAR提取的位置和姿態(tài)觀測量與INS進行組合濾波，最終輸出精度更高的導航參數(shù)。為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合具體實施例，并參照附圖，對本發(fā)明作進一步的詳細說明。本發(fā)明實施例的基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法，參照圖2，包括：步驟A：獲取InSAR/INS組合導航系統(tǒng)的雙天線SAR圖像，得到實際InSAR干涉條紋。步驟A包括：子步驟A1：InSAR/INS組合導航系統(tǒng)的InSAR收集雙天線回波數(shù)據(jù)，得到雙天線SAR圖像。具體地，在子步驟A1中，可以根據(jù)INS測量獲得的初始位置和初始姿態(tài)數(shù)據(jù)，對雙天線回波數(shù)據(jù)進行高精度運動補償，實現(xiàn)雙天線SAR圖像的聚焦處理，從而得到雙天線SAR圖像。子步驟A2：對雙天線SAR圖像的單視復圖像數(shù)據(jù)進行圖像配準，將配準后的單視復圖像數(shù)據(jù)共軛相乘，得到實際InSAR干涉條紋。其中，對單視復圖像數(shù)據(jù)進行的是亞像素級的圖像配準；配準后的單視復圖像數(shù)據(jù)進行共軛相乘，并提取兩幅單視復圖像數(shù)據(jù)的相位，得到實際InSAR干涉條紋。步驟B：基于InSAR成像時間內(nèi)的參考直線軌跡和基準地形庫，得到仿真InSAR干涉條紋。步驟B包括：子步驟B1：對InSAR成像時間內(nèi)INS的位置數(shù)據(jù)和姿態(tài)數(shù)據(jù)進行擬合，生成參考直線軌跡，確定雙天線SAR圖像的空間地理位置信息。在本實施例中，子步驟B1是依據(jù)InSAR距離多普勒定位原理確定雙天線SAR圖像的空間地理位置信息。子步驟B2：根據(jù)雙天線SAR圖像的空間地理位置信息搜索基準地形庫，選取雙天線SAR圖像的鄰域圖像的參考地形數(shù)據(jù)，并結(jié)合InSAR的基本原理生成仿真InSAR干涉條紋：Δφ=2πΔrλ=-2πBsin(θ-α)λ---(1)]]>其中Δφ是仿真干涉條紋；Ar是雙天線InSAR斜距差；B是基線長度；θ是雷達相對目標下視角，由雙天線SAR圖像的鄰域圖像的參考地形數(shù)據(jù)計算得到；α是基線傾角；λ是雷達發(fā)射信號波長；由公式(1)可知仿真干涉條紋與基線長度、基線傾角、地形等因素有關。其中，子步驟B2中的鄰域圖像為以雙天線SAR圖像為中心的較大范圍的圖像，例如但不限于以雙天線SAR圖像為中心，向雙天線SAR圖像四周擴展出的10×10倍于雙天線SAR圖像的圖像。步驟C：將實際InSAR干涉條紋和仿真InSAR干涉條紋進行匹配，得到雙天線SAR圖像的控制點。干涉條紋為曲線，應提取干涉條紋的線特征進行匹配。在本實施例中，先對實際InSAR干涉條紋和仿真InSAR干涉條紋進行干涉條紋增強，再提取實際InSAR干涉條紋和仿真InSAR干涉條紋的邊緣信息，然后對實際InSAR干涉條紋和仿真InSAR干涉條紋的邊緣輪廓圖像進行輪廓匹配，從而得到一系列的匹配點，匹配點作為雙天線SAR圖像的控制點。步驟D：基于雙天線SAR圖像的控制點和仿真InSAR干涉條紋，反演InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的空間地理位置參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)。步驟D包括：子步驟D1：反演InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的位置信息，如公式(2)所示：XT=Xp+RsinθsqYT=Tp+(Rcosθsq)2-H2---(2)]]>其中，θsq為斜視角；Xp、Yp是雙天線SAR圖像控制點的位置信息；XT、YT是InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的位置信息；R是雷達斜距；片是平臺高度。通過步驟B得到雙天線SAR圖像的空間地理位置信息，從中可以提取出雙天線SAR圖像控制點的位置信息，然后將各個控制點的位置信息及其對應的雷達斜距帶入上式，計算出對應于控制點的所有的InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺位置信息，由所有InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺位置信息的均值得到反演的InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的位置信息。子步驟D2：反演InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的姿態(tài)參數(shù)。由于平臺橫滾角影響基線傾角，而干涉條紋對基線傾角的敏感性很高，所以可以通過仿真InSAR干涉條紋反演得到平臺橫滾角的值，如公式(3)所示：其中，α′是InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺橫滾角，a是基線傾角；是步驟B的仿真InSAR干涉條紋值；B是基線長度；θ是雷達相對目標的下視角；λ是雷達發(fā)射信號波長。通過步驟B得到雙天線SAR圖像的鄰域圖像的參考地形數(shù)據(jù)，從中可以提取出雙天線SAR圖像控制點的參考地形數(shù)據(jù)，然后將各個控制點對應的雷達相對目標的下視角帶入上式，計算出對應于控制點的所有平臺橫滾角，由所有平臺橫滾角的均值得到反演的InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的姿態(tài)參數(shù)。步驟E：利用反演的InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的空間地理位置參數(shù)和姿態(tài)參數(shù)，進行InSAR/INS組合濾波。步驟E具體包括：構(gòu)建量測方程，將InSAR系統(tǒng)觀測提取的觀測量(即反演的InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的位置信息和橫滾角)作為量測值；構(gòu)建觀測方程，以INS長時間隨機漂移參數(shù)作為觀測值；將InSAR系統(tǒng)觀測提取的觀測量(即反演的InSAR/INS組合導航系統(tǒng)平臺的位置信息和橫滾角)與INS測量結(jié)果進行kahnan濾波處理，估計INS長時間隨機漂移參數(shù)，得到高精度的組合導航數(shù)據(jù)。至此，已經(jīng)結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例進行了詳細描述。依據(jù)以上描述，本領域技術(shù)人員應當對本發(fā)明的基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法有了清楚的認識。本發(fā)明的基于干涉條紋匹配的InSAR/INS組合導航方法，由于采用雙天線InSAR實時獲取干涉條紋，通過干涉條紋匹配代替影像匹配，大大提高了匹配算法的魯棒性，且InSAR對平臺姿態(tài)較為敏感，可反演平臺姿態(tài)信息，因而相比于SAR/INS導航系統(tǒng)能夠進一步提高導航性能，具有以下技術(shù)效果：(1)提高了導航精度，一方面采用干涉條紋匹配而不是影像匹配，基準影像庫受時間去相關、入射角以及其它環(huán)境因素影響較大，而地形在長時間范圍內(nèi)不會發(fā)生重大變化，因而本發(fā)明采用干涉條紋匹配能夠大大提高了匹配算法的匹配精度；另一方面InSAR系統(tǒng)對平臺姿態(tài)比較敏感，可直接提取橫滾角參數(shù)，多了一維觀測量，因而能夠進一步提高組合導航精度；(2)提高了導航系統(tǒng)的適應性，由于InSAR對地形起伏較為敏感，微弱的地形起伏能夠在干涉條紋中探測得到，采用干涉條紋匹配，提高了匹配算法的魯棒性。需要說明的是，在附圖或說明書正文中，未繪示或描述的實現(xiàn)方式，均為所屬
技術(shù)領域：
中普通技術(shù)人員所知的形式，并未進行詳細說明。此外，上述對各元件的定義并不僅限于實施例中提到的各種方式，本領域普通技術(shù)人員可對其進行簡單地更改或替換，例如：(1)實施例中提到的方向用語，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，僅是參考附圖的方向，并非用來限制本發(fā)明的保護范圍；(2)上述實施例可基于設計及可靠度的考慮，彼此混合搭配使用或與其他實施例混合搭配使用，即不同實施例中的技術(shù)特征可以自由組合形成更多的實施例。以上所述的具體實施例，對本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和有益效果進行了詳細說明，所應理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3