重軌干涉sar系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方法，該方法包括1)布設角反射器，利用GPS精確測量角反射器三維位置；2)布設雷達設備和GPS測量設備，記錄每個PRF時刻天線的空間位置和每個PRF的雷達回波信號；3)處理回波數(shù)據(jù)，建立角反射器回波能量隨雷達天線位置的關系曲線L；4)對關系曲線L進行三次樣條插值，得到曲線L'，求取L'的峰值處對應的天線航向位置AP；5)計算角反射器到雷達天線航跡的垂直距離R0，以及角反射器到雷達天線航跡垂線對應的天線航向位置A0；6)計算天線正側視的方位安裝角θ。本發(fā)明能夠精確測量天線的波束指向角，天線實際安裝過程中，利用該角度調整安裝姿態(tài)角，確保天線按照預設的角度輻照地物。
【專利說明】
重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方法
技術領域
[0001]本發(fā)明涉及雷達技術領域，具體來說，涉及一種重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視安裝 角度精確標定方法。
【背景技術】
[0002] 機載SAR(Synthetic Aperture Radar，簡稱SAR)能夠獲得高分辨率的地面二維圖 像，利用兩次重復軌跡飛行，通過對獲得的兩幅圖像進行干涉處理，能夠得到地面的三維信 息。重軌飛行可以針對不同的雷達波段構建恰當?shù)目臻g基線，實現(xiàn)靈活的干涉測量。但是， 要實現(xiàn)機載SAR重軌干涉測量，首先需要確保兩次飛行獲得數(shù)據(jù)的空間相干性，為此，要求 兩次飛行過程中天線對地物的輻照角度是一致的，這就要求雷達系統(tǒng)具備高精度的天線波 束指向能力。當前，在工程應用中，受限于機載SAR天線指向的不確定性，在數(shù)據(jù)處理過程 中，一般首先對回波數(shù)據(jù)進行遴選，僅有天線輻照角度接近、空間相干性強的數(shù)據(jù)適合進行 重軌干涉測量，這將大大降低飛行作業(yè)的效率。
[0003] 為了提高飛行作業(yè)效率，首先需要根據(jù)天線的波束指向確定天線在飛機平臺上的 安裝角度，在飛行過程中基于飛機姿態(tài)測量系統(tǒng)利用伺服平臺嚴格控制天線的指向，確保 其按照預先設定的角度輻照地物。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對相關技術中的上述技術問題，本發(fā)明提出一種重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視 安裝角度精確標定方法，能夠精確測量天線的波束指向角，天線實際安裝過程中，利用該角 度調整安裝姿態(tài)角，確保天線按照預設的角度輻照地物。
[0005] 為實現(xiàn)上述技術目的，本發(fā)明的技術方案是這樣實現(xiàn)的： 一種重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方法，包括以下步驟:步驟S1，布 設角反射器，利用GPS精確測量角反射器三維位置； 步驟S2，布設雷達設備和GPS測量設備，記錄每個PRF時刻天線的空間位置和每個PRF的 雷達回波信號； 步驟S3,處理回波數(shù)據(jù)，建立角反射器回波能量隨雷達天線位置的關系曲線L; 步驟S4，對關系曲線L進行三次樣條插值，得到曲線L '，求取L '的峰值處對應的天線航 向位置Ap; 步驟S5,計算角反射器到雷達天線航跡的垂直距離R〇,以及角反射器到雷達天線航跡 垂線對應的天線航向位置A〇; 步驟S6,通過公式
3十算天線正側視的方位安裝角Θ。
[0006] 進一步的，步驟S2包括： (1) 在滑軌平車上安裝雷達設備和GPS測量設備； (2) 雷達設備自檢，確保其工作狀態(tài)正常，采集雷達脈沖參考信號； (3) 雷達開始工作，沿滑軌運動，按時間順序向測區(qū)發(fā)射線性調頻脈沖信號，測量并記 錄每個PRF時刻天線的航向位置A(n)，n = l，2,3,…，N，n表示PRF序號； (4) 接收并記錄雷達回波數(shù)據(jù)x(n，R)，R表示斜距。
[0007] 進一步的，步驟S3包括： (1) 利用雷達脈沖參考信號對每個PRF的雷達回波x(n，R)進行匹配壓縮處理，得到距離 脈壓信號7(11，1〇，11=1，2,3，一，1其中4表示發(fā)射脈沖的數(shù)目，1?表示信號點到天線的距 離； (2) 對距離脈壓信號y(n，R)進行8倍插值，提取并記錄脈沖包絡的峰值7"(11，1(11))以 及該值對應的斜距Rm(n); (3) 建立修正后的脈沖包絡峰值y'm(n，Rm(n))隨天線航向位置A(n)的關系曲線L。
[0008] 進一步的，在步驟S3中，脈沖包絡峰值y'm(n，Rm(n))是考慮距離衰減后的結果，計 算方式如下：
[0009」本友明的有藍雙呆：本友明利用雷達天線沿滑軌運動來獲取位置固定的角反射器 回波，通過GPS精確測定天線的空間位置，以此來測定不同角度的天線方向圖，從而標定天 線正側視的方位安裝角，本發(fā)明通過改變滑軌上天線的姿態(tài)，還可以測得不同方向的天線 方向圖。
[0010] 本發(fā)明結合目前的工程應用，對天線波束指向進行了嚴格的標定，確保雷達系統(tǒng) 安裝過程中，按照精確的方位角安裝天線，使天線波束按照預設的角度輻照地物，提高了重 軌干涉SAR系統(tǒng)兩次飛行獲得回波數(shù)據(jù)的信噪比和空間相干性。
【附圖說明】
[0011] 為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所 需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施 例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲 得其他的附圖。
[0012] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的所述的重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標 定方法的布設方案圖； 圖2是根據(jù)本發(fā)明實施例的所述的重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方 法的流程圖； 圖3是根據(jù)本發(fā)明實施例的修正后的脈沖包絡峰值隨天線航向位置的關系曲線L; 圖4是根據(jù)本發(fā)明實施例的天線正側視方位安裝角測量幾何示意圖。
【具體實施方式】
[0013] 下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于 本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的 范圍。
[0014]如圖1-4所示，根據(jù)本發(fā)明實施例所述的一種重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角 度精確標定方法，包括以下步驟： 步驟S1，布設角反射器，利用GPS精確測量角反射器三維位置； 步驟S2，布設雷達設備和GPS測量設備，記錄每個PRF時刻天線的空間位置和每個PRF的 雷達回波信號； 步驟S3,處理回波數(shù)據(jù)，建立角反射器回波能量隨雷達天線位置的關系曲線L; 步驟S4，對關系曲線L進行三次樣條插值，得到曲線L '，求取L '的峰值處對應的天線航 向位置Ap; 步驟S5,計算角反射器到雷達天線航跡的垂直距離Ro,以及角反射器到雷達天線航跡 垂線對應的天線航向位置Ao; 步驟S6,通過公式
，計算天線的波束指向方位角Θ，該角即為天線正側 視的方位安裝角度。
[0015] 其中，步驟S2進一步包括： (1) 在滑軌平車上安裝雷達設備和GPS測量設備； (2) 雷達設備自檢，確保其工作狀態(tài)正常，采集雷達脈沖參考信號； (3) 雷達開始工作，沿滑軌運動，按時間順序向測區(qū)發(fā)射線性調頻脈沖信號，測量并記 錄每個PRF時刻天線的航向位置A(n)，n = l，2,3,…，N，n表示PRF序號； (4) 接收并記錄雷達回波數(shù)據(jù)x(n，R)，R表示斜距。
[0016] 其中，步驟S3進一步包括： (1) 利用雷達脈沖參考信號對每個PRF的雷達回波x(n，R)進行匹配壓縮處理，得到距離 脈壓信號7(11，1〇，11=1，2,3，一，1其中4表示發(fā)射脈沖的數(shù)目，1?表示信號點到天線的距 離； (2) 對距離脈壓信號y(n，R)進行8倍插值，提取并記錄脈沖包絡的峰值7"(11，1(11))以 及該值對應的斜距Rm(n); (3) 建立修正后的脈沖包絡峰值y'm(n，Rm(n))隨天線航向位置A(n)的關系曲線L。
[0017] 其中，在步驟S3中，脈沖包絡峰值y'm(n，Rm(n))是考慮距離衰減后的結果，計算方 式如下：
[0018] 需要注意的是，工程應用中，利用以上步驟求得天線正側視方位安裝角Θ后，為了 滿足預設的輻照角度，將天線安裝于載體平臺過程中，應對天線的方位角進行Θ角度的微 調，以確保天線波束中心以預設角度輻照地物，從而實現(xiàn)地物回波的最高信噪比，并確保兩 次重軌飛行獲得數(shù)據(jù)的高空間相干性。
[0019] 為了方便理解本發(fā)明的上述技術方案，以下通過具體使用方式上對本發(fā)明的上述 技術方案進行詳細說明。
[0020] 在具體使用時，根據(jù)本發(fā)明所述的一種重軌干涉SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精 確標定方法，將雷達系統(tǒng)安置于地面滑軌上，雷達在滑動過程中輻照角反射器，采集并記錄 雷達回波，雷達天線運動過程中的空間位置由GPS系統(tǒng)精確測量，對雷達回波進行壓縮后， 提取角反射器回波對應的回波強度，建立回波強度同天線空間位置的關系曲線，通過曲線 峰值對應的天線空間位置和角反射器空間位置計算天線的波束指向角，從而標定SAR天線 正側視安裝角度。
[0021] 綜上所述，借助于本發(fā)明的上述技術方案，本發(fā)明利用雷達天線沿滑軌運動來獲 取位置固定的角反射器回波，通過GPS精確測定天線的空間位置，以此來測定不同角度的天 線方向圖，從而標定天線正側視的方位安裝角，本發(fā)明通過改變滑軌上天線的姿態(tài)，還可以 測得不同方向的天線方向圖。
[0022] 本發(fā)明結合目前的工程應用，對天線波束指向進行了嚴格的標定，確保雷達系統(tǒng) 安裝過程中，按照精確的方位角安裝天線，使天線波束按照預設的角度輻照地物，提高了重 軌干涉SAR系統(tǒng)兩次飛行獲得回波數(shù)據(jù)的信噪比和空間相干性。
[0023] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進等，均應包含在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。
【主權項】
1. 一種重軌干設SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方法，其特征在于，包括w下步 驟： 步驟S1，布設角反射器，利用GI^精確測量角反射器Ξ維位置； 步驟S2,布設雷達設備和GPS測量設備，記錄每個PR即寸刻天線的空間位置和每個PRF的 雷達回波信號； 步驟S3,處理回波數(shù)據(jù)，建立角反射器回波能量隨雷達天線位置的關系曲線L 步驟S4，對關系曲線L進行Ξ次樣條插值，得到曲線L '，求取L '的峰值處對應的天線航 向位置Ap; 步驟S5,計算角反射器到雷達天線航跡的垂直距離R;:;，W及角反射器到雷達天線航跡 垂線對應的天線航向位置藻 步驟S6,通過公式計算天線正側視的方位安裝角攝。2. 根據(jù)權利要求1所述的重軌干設SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方法，其特征 在于，步驟S2進一步包括： (1)在滑軌平車上安裝雷達設備和GI^測量設備； (2 )雷達設備自檢，確保其工作狀態(tài)正常，采集雷達脈沖參考信號； (3) 雷達開始工作，沿滑軌運動，按時間順序向測區(qū)發(fā)射線性調頻脈沖信號，測量并記 錄每個PR即寸刻天線的航向位置A(n)，n=l，2,3,…，N，n表示PRF序號； (4) 接收并記錄雷達回波數(shù)據(jù)x(n，R)，R表示斜距。3. 根據(jù)權利要求2所述的重軌干設SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方法，其特征 在于，步驟S3進一步包括： (1) 利用雷達脈沖參考信號對每個PRF的雷達回波x(n，R)進行匹配壓縮處理，得到距離 脈壓信號y(n，R)，n=l，2,3，…，N，其中，N表示發(fā)射脈沖的數(shù)目，R表示信號點到天線的距離； (2) 對距離脈壓信號y(n，R)進行8倍插值，提取并記錄脈沖包絡的峰值後幾&豬毅W及 該值對應的斜距數(shù)&弦)； (3) 建立修正后的脈沖包絡峰值掉龍。如)}隨天線航向位置A(n)的關系曲線L。4. 根據(jù)權利要求3所述的重軌干設SAR系統(tǒng)天線正側視安裝角度精確標定方法，其特征 在于，在步驟S3中，脈沖包絡峰值V&、典義&化)> 是考慮距離衰減后的結果，計算方式如下：
【文檔編號】G01S13/90GK105974382SQ201610458935
【公開日】2016年9月28日
【申請日】2016年6月22日
【發(fā)明人】韓春明, 趙迎輝, 岳昔娟
【申請人】中國科學院遙感與數(shù)字地球研究所