[发明专利]一种利用高精度POS离线获取机载InSAR运动误差的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种利用位置测量精度达到厘米级、姿态测量精度达到10″量级的高精度位置姿态测量系统(Position and Orientation System，POS)获取机载InSAR运动误差的方法。

背景技术

机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种先进的对地观测的手段。相对于光学对地观测设备，机载SAR具有全天候、全天时、作用距离远等特点，并对地面植被、人工伪装甚至地表土壤层具有一定的穿透性，日益成为当今世界最具有代表性的对地观测手段之一。尤其是机载高精度InSAR，能够进行立体测绘，在国家基础测绘、国土资源调查、地质资源勘探、农业农情监测、自然灾害监测以及军事侦察等领域具有重要用途，是国家十分重要的军民两用的高技术装备。

机载SAR成像的基本原理要求载机作匀速直线飞行，即要求在合成孔径时间内载机所受到的合力为零。但由于大气湍流、设备性能等因素的影响，载机沿飞行方向和侧向必然存在干扰力的作用，导致机载SAR的天线相位中心(Anten na Phase Center，APC)偏离理想的匀速直线平移运动。常见的情况是载机在自动驾驶仪的控制下围绕理想航迹来回摆动，从而产生运动误差。这对SAR成像分辨率具有不可忽视的影响，严重时甚至导致SAR无法成像。因此，在机载高分辨率SAR成像过程中必须进行运动误差补偿。

机载SAR运动误差补偿方法有两种，一种是基于雷达回波数据的自聚焦方法，另一种是基于POS的运动误差测量方法。目前，比较成熟的方法是自聚焦方法与POS相结合，利用自聚焦方法获取低次运动误差，利用POS获取高次运动误差。但是，对于机载InSAR来说，采用自聚焦方法会破坏干涉条纹，使得InSAR无法实现高程精度测量。因此，机载InSAR不能够采用自聚焦与POS相结合的运动误差补偿方法，迫切需要一种能够精确获取机载InSAR运动误差的方法。

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种利用高精度POS离线获取机载InSAR运动误差的方法，该方法充分利用了SINS/GPS组合测量和SINS纯惯性测量各自的优点，提高运动误差的精度，为机载InSAR运动误差补偿提供了一条有效途径。

本发明的技术解决方案为：一种基于高精度POS的机载InSAR运动误差离线计算方法，利用高精度POS中SINS与GPS的组合测量结果获取SINS中心的二次及二次以下项位置信息，利用SINS的纯惯性测量结果获取SINS中心的二次以上项位置信息，将计算得到的二次及二次以下项位置信息和二次以上项位置信息相加并补偿杆臂效应误差，计算出机载InSAR两个天线相位中心的高精度平滑位置信息，再将高精度平滑位置信息减去其一次多项式拟合结果，最终得到机载InSAR两个天线的运动误差。

具体实现步骤如下：

(1)在获取到POS记录的SINS数据和GPS数据的前提下，采用“前向卡尔曼滤波+后向平滑”的方法对POS记录的SINS数据和GPS数据进行信息融合，得到SINS中心的组合测量结果，包含位置、速度和姿态；

(2)确定机载InSAR第i次成像的开始时间T_i0和结束时间T_i1；

(3)在T_i0时刻，以组合测量结果为初值，启动捷联解算程序B，到T_i1时刻结束捷联解算程序B，计算出[T_i0，T_i1]时间段内SINS中心的纯惯性测量结果，包含位置、速度和姿态；

(4)将[T_i0，T_i1]时间段内组合测量的位置进行二次多项式拟合，组合测量位置的二次拟合结果即为[T_i0，T_i1]时间段内SINS中心的二次及二次以下项位置信息；

(5)将[T_i0，T_i1]时间段内纯惯性测量位置进行二次多项式拟合，再利用纯惯性测量位置减去其二次拟合结果，得到[T_i0，T_i1]时间段内SINS中心的二次以上项位置信息；

(6)将SINS中心的二次以上项位置误差和二次及二次以下项位置误差求和，即得到SINS中心的精确位置信息；

(7)采用如下公式补偿SINS中心与两个InSAR天线相位中心之间的杆臂误差，计算得到机载InSAR两个天线相位中心的高精度平滑位置信息：