[发明专利]基于导航卫星信号的双站SAR接收机运动误差补偿方法

说明书

本发明提供一种基于导航卫星信号的双站SAR接收机运动误差补偿方法，包括：建立多普勒调频率与运动误差关系模型；接收机法平面运动误差的估计及补偿；接收机航线方向运动误差的估计及补偿。优点为：根据基于导航卫星信号的双站SAR的结构特点，本发明提出基于瞬时多普勒调频率的方法对接收平台的运动误差进行校正。该方法充分考虑到三维运动误差的真实模型，可以有效地进行运动误差估计和补偿。并且该方法不用插值和迭代处理，处理效率较高，并获得较好的成像结果。

技术领域

本发明属于卫星导航信号处理技术领域，具体涉及基于导航卫星信号的双站SAR接收机运动误差补偿方法。

背景技术

通常情况下，在理论分析研究基于导航卫星信号的双站合成孔径雷达(SAR)成像方法时，会假设收发平台均沿理想的匀速直线方向运动。但实际情况中，收发平台的运动轨迹不可能达到这种理想的状态。机载平台受中低空气流不稳定、自身飞行速度和加速度的影响，运动将会不稳定，与理想运动轨迹有较大误差，载机偏离理想航迹运动使得回波信号的相干性被破坏，如果不对这些运动误差予以补偿，系统所接收的数据就会受其影响产生较大的失真，而对这些失真数据进行成像处理会导致成像质量的下降，甚至无法成像。

由于导航卫星运行在高轨道，远离大气层，导航卫星的运动相对比较稳定，受外界的干扰极小，在合成孔径期间可以认为导航卫星运动轨迹比较理想。基于导航卫星信号的双站SAR中，运动误差主要由接收平台引起，这与单站SAR中平台的双程距离误差以及机载双站SAR中由收发平台共同运动引起的误差均不相同。在基于导航卫星信号的双站SAR改进的RD方法中，由于系统的多普勒调频率主要由接收机的运动产生，系统运动误差变成了接收机的单程运动误差的问题，为了得到较好的成像性能，需要根据接收机的单程运动误差进行补偿。

一些学者对双站SAR运动补偿进行了研究，但研究的成果还比较少。在运动误差的分析上，有些文献分析了载机运动参数的测量误差对双站SAR成像的影响，汤子跃等人分析了不同类型运动误差对双站SAR相位同步及成像的影响，Rigling B D等人分析了载机运动参数的测量误差对双站SAR成像的影响，并指出成像后可以采用单站SAR的自聚焦方法补偿载机的运动误差。有些文献给出了机载双站SAR的实验结果，采取在成像后进行自聚焦的方法以补偿运动误差，但有时效果不佳。有些文献将双站模型等效到单站的基础上根据回波数据研究了运动补偿方案，这种方法只能在收发平台近似相同的情况下适用。有些文献利用从回波数据估计的多普勒调频率和图像对比度来估计运动参数进行沿航向和径向的运动补偿。这些文献重在分析普通的双站SAR的运动误差对成像的影响以及补偿方法。普遍具有补偿中需迭代处理，导致处理效率低的问题。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供基于导航卫星信号的双站SAR接收机运动误差补偿方法，可有效解决上述问题。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提供一种基于导航卫星信号的双站SAR接收机运动误差补偿方法，包括以下步骤：

步骤1，建立多普勒调频率与运动误差关系模型，包括以下步骤：

步骤1.1，建立XYZ坐标系；接收平台正侧视照射场景，P是场景中任意的一点，为目标点，坐标为(x_P,y_P,z_P)；接收机天线相位中心的理想航线在XOZ平面内且与x轴平行，高度为H_R；接收机天线相位中心沿理想航线以恒速V_R运动，速度误差为Δv(u)，实际速度为V_R+Δv(u)；A为实际航线上一点，Δx(u)、Δy(u)和Δz(u)分别为相对理想航线在x方向、在y方向和在z方向的位置偏移，Δx(u)、Δy(u)和Δz(u)随慢时间u变化；R_R(u)为接收平台实际位置A到目标点P之间的距离；R_R0为接收机理想航线到目标点P的最近距离，是视角，

步骤1.2，得到接收平台实际位置A到目标点P的瞬时斜距的表达式为：