[发明专利]一种影响机载SAR成像质量的运动误差范围的估算方法

说明书

技术领域

本发明属于航空宇航、光学、力学交叉学科的范畴，具体涉及一种影响机载SAR成像质量的运动误差范围的估算方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种高分辨率二维成像雷达，它以合成孔径原理和脉冲压缩技术为理论基础，依靠光学处理或高速数字处理来实现距离维和方位维的二维高分辨率成像。对于机载SAR系统来说，运动既是答案又是问题。一方面雷达载体（严格讲是天线相位中心）与被成像区域之间的相对运动是获得方位向高分辨率的关键，另一方面偏离匀速直线运动的运动误差使SAR成为难度最大、最具有挑战性的雷达工作方式。合成孔径雷达以载体进行匀速直线运动为基础，但实际上载机在飞行时，受气流、高空风以及设备性能等因素影响，不可能保持匀速直线运动状态。为获得高品质图像，必须先确定影响SAR成像的运动误差的范围。

发明内容

本发明的目的是提供一种影响机载SAR成像质量的运动误差范围的估算方法。所述的估算方法利用功率谱密度法计算线性化的小扰动飞行动力学方程组，从而直接计算出频域内飞机的运动误差，并与SAR运动补偿系统可容许的剩余运动误差相比较，得出影响机载SAR成像的运动误差的频率范围。

本发明提供的估算方法包括如下步骤：

第一步，通过功率谱密度法计算频域内飞机的运动误差。

第二步，结合飞机运动误差表征与SAR成像特性，给出机载SAR运动补偿系统可容许的剩余运动误差。

第三步，比较飞机的运动误差与可容许的剩余运动误差，确定影响机载SAR成像的运动误差的频率范围。

本发明的优点：结合SAR成像特性与飞机的运动误差表征，给出了机载SAR运动补偿系统可容许的剩余运动误差，应用该剩余运动误差到机载SAR运动补偿研究中，可得出影响机载SAR成像的运动误差的频率范围。

附图说明

图1为实施例中湍流强度及尺度随飞行高度和超越概率的变化曲线。

图2为实施例中以某机载SAR的可容许的剩余运动误差与飞机的运动误差比较图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明提供的估算方法进行详细说明。

本发明提供一种影响机载SAR成像质量的运动误差范围的估算方法，所述的估算方法首先通过功率谱密度法确定飞机运动误差的功率谱密度；然后根据机载SAR成像质量的要求，确定机载SAR运动补偿系统可容许的剩余运动误差；最后通过比较机载SAR可容许的剩余运动误差与飞机的运动误差，确定影响机载SAR成像运动误差的频率范围。具体步骤如下：

第一步，通过功率谱密度法计算频域内飞机的运动误差。

大气紊流是随机过程，它的特性只能用统计的方法，即用功率谱密度或相关函数来描述。功率谱密度中包含着飞机响应的全部信息，故功率谱密度法是研究飞机对大气紊流响应的主要方法。所述的功率谱密度法是指根据飞机运动量（输出矢量）对大气紊流量的传递函数矩阵和已知的大气湍流功率谱密度矩阵，可得出飞机运动量响应的功率谱密度矩阵Φ_y(f)为：

Φ_y(f)＝G^*(if)Φ_z(f)G^T(if)    （1）

其中，G(if)为飞机输出矢量对大气紊流量的传递函数矩阵，上标*表示复共轭，T表示转置；Φ_z(f)为输入的大气湍流功率谱密度矩阵。

采用上述的功率谱密度矩阵来表征飞机运动误差的大小。

为了突显大气湍流对飞机运动的影响，在大气湍流风速远小于飞行速度的条件下，运用小扰动假设，可将飞机运动方程线性化，从而得到横纵向解耦的两组小扰动线性方程组。线性方程组的输出矢量（载机的运动误差）对扰动矢量（大气湍流）的传递函数矩阵即为传递函数矩阵G(s)。

在纵向运动方程中，大气湍流功率谱密度矩阵为：