专利名称：分布式卫星sar系统非平行航迹补偿方法
技术领域：
本发明属于目标检测技术领域，更进一步涉及一种分布式卫星SAR系统非平行航 迹补偿方法，可以应用于分布式卫星合成孔径雷达地面动目标检测SAR-GMTI，该方法可以 通过对非平行航迹的补偿，提高分布式卫星合成孔径雷达地面动目标检测所需复图像对的 相关性，还可以为运动目标测速定位提供准确的沿航迹基线。
背景技术：
在进行分布式卫星SAR-GMTI处理时，需要对接收星的成像结果进行高程干涉相 位补偿，使得各通道空域导向近似相同。为了克服分布式卫星雷达系统中，各卫星航迹不平 行给高程干涉相位补偿带来的影响，提高各通道SAR图像的相关性；同时为了克服非平行 航迹、混合基线和非严格正侧视给GMTI沿航迹基线精确计算带来的困难，需要对分布式卫 星非平行航迹进行补偿，补偿主要进行非平行航迹的数据域补偿和沿航迹基线的计算。对于分布式卫星非平行航迹的数据域补偿，王彤等人曾在文章“分布式小卫星干 涉高程测量”(《系统工程和电子技术》2004年7月26卷第7期第859-862页)中提出了 一种方法。该方法根据理想平行航迹与实际航迹对地观测波程差，对回波数据进行快时间 平移变换，从而实现非平行航迹补偿。由于该方法在计算理想平行航迹和实际航迹对地观 测波程差中，所采用的公式是在理想平行航迹处于过真实航迹垂直于地面的平面中的几何 关系下推导出来的，而在进行分布式卫星SAR-GMTI处理时，往往无法出现公式推导中需要 的理想状态下的几何关系，导致无法实现该方法的补偿效果。对于沿航迹基线的计算，余慧等人曾在文章“分布式卫星ATI-SAR性能分析与基 线估计”(《电子与信息学报》2009年6月31卷第6期第1301-1304页)中，提出了一种基 于回波数据的基线估计方法，通过对接收回波信号的特征分解，得到两路信号的干涉相位， 并根据干涉相位与多普勒频率的线性关系解算出星间基线长度。但是，该方法仅适用于分 布式卫星构型只具有沿航迹基线情况，对同时存在沿航迹基线和垂直航迹基线的情况并不 适用。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，从分布式卫星SAR系统的观测几何构型 出发，提供一种对非平行航迹补偿方法，实现非平行航迹的数据域补偿，提高SAR图像对的 相关性，同时获得精确的沿航迹基线计算结果。本发明对工作在一发两收模式下的双星系统补偿的具体步骤包括如下(1)拟合航迹方程。处理系统对卫星下传的主、辅星GPS星历位置测量数据采用总 体最小二乘法拟合主、辅星成像时间段内航迹时间参数方程。(2)航迹位置重采样。将成像时间段内的每一个方位脉冲发射时间，代入步骤(1) 获得的航迹时间参数方程中，得到以脉冲重复周期为采样周期的航迹位置坐标。(3)构造新辅星航迹
3a)在步骤(1)获得的主星时间参数方程中，选取时间参数的一次及一次以上项 的系数，将其确定为新辅星航迹时间参数方程中的对应项系数。3b)在步骤(1)获得的辅星时间参数方程中，选取常数项，将其确定为新辅星航迹 时间参数方程的常数项。(4)补偿辅星回波数据。对成像时间段内每一方位脉冲发射时刻，逐一分别进行步
骤4a)和步骤4b)操作，补偿回波数据，实现对整个成像段回波数据的非平行航迹数据域补 m
te ο4a)计算波束中心视线方向单位矢量。建立波束中心视线矢量的几何关系模型，构 造t= τ时刻波束中心视线矢量与其他矢量几何关系的方程组
(α(τ),5(τ)) = φ .{!>{τ),ν(τ)) = θ其中b( τ )为t = τ时刻辅星波束中心视线方向单位矢量，a( τ )为t = τ时刻由辅星指向地心的矢量，τ时刻辅星的速度矢量，θ为天线斜视角，识为波束中心的下视角，求解方程组得到t = τ时刻的辅星波束中心视线方向单位矢量b ( τ )。4b)计算观测波程差，补偿辅星回波数据。将t= τ时刻新辅星航迹与原辅星航 迹的位置差矢量，向步骤4a)中b( τ)投影，得到观测波程差δ R(T)，并对辅星回波数据进 行快时间平移补偿。(5)计算沿航迹基线。建立补偿为平行航迹的分布式卫星的观测几何模型，计算沿 航迹基线长度。本发明与现有技术相比具有以下优点第一，由于本发明采用总体最小二乘法对星历位置测量数据拟合，能够克服具有 短时相关性的GPS测量误差的影响；第二，由于本发明在步骤(4)中建立分布式卫星非平行航迹的观测几何模型时， 并没有限定星间的相对构型，因此相比现有技术，本发明对非平行航迹的数据域补偿处理 方法不受观测几何构型的限制，在任意GMTI工作的观测时刻都可以进行非平行航迹的补 偿处理，有利于提高主、辅星SAR图像对的相关性，从而获得具有更好的GMTI性能；第三，由于本发明在步骤(5)中建立计算沿航迹基线几何模型时，考虑到了存在 混合基线和雷达非严格正侧视的情况，因此相比现有技术，本发明对沿航迹基线的计算，不 受基线构型和雷达视角的影响，能为动目标测速定位提供精确的沿航迹基线参数，利于获 得更准确的测速定位结果。


图1是本发明的非平行航迹补偿方法流程图。
图2是本发明波束中心视线矢量的几何关系示意图。图3是本发明航迹平行的分布式卫星的观测几何模型示意图。图4是未采用本发明补偿的配准后主、辅星SAR图像干涉相位图。图5是采用本发明补偿的配准后主、辅星SAR图像干涉相位图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明做进一步的描述。参照图1，本发明的具体实施步骤如下步骤1.拟合航迹方程。主、辅星位置测量数据是地心惯性坐标系下卫星X、Y、Z三个位置坐标的GPS测量 值。在很短的成像时间内，卫星的运动航迹可以采用以时间t为参数的低阶多项式模型近 似。多项式各项系数的求解，可以通过处理系统对GPS位置测量数据采用常用的最小二乘 法拟合得到。实际中考虑到GPS测量误差在短时间内具有相关性，因此采用总体最小二乘 法能够获得更好的拟合性能。以主星Y坐标时间参数方程的拟合为例。将成像的中间时刻取为t = 0时刻，选 定拟合阶数为三阶，则参数方程为
权利要求
1. 一种分布式卫星SAR系统非平行航迹补偿方法，包括如下步骤(1)拟合航迹方程处理系统对卫星下传的主、辅星GPS星历位置测量数据采用总体最 小二乘法拟合主、辅星成像时间段内航迹时间参数方程；(2)航迹位置重采样将成像时间段内的每一个方位脉冲发射时间，代入步骤(1)获得 的航迹时间参数方程中，得到以脉冲重复周期为采样周期的航迹位置坐标；(3)构造新辅星航迹3a)在步骤(1)获得的主星时间参数方程中，选取时间参数的一次及一次以上项的系 数，将其确定为新辅星航迹时间参数方程中的对应项系数；3b)在步骤(1)获得的辅星时间参数方程中，选取常数项，将其确定为新辅星航迹时间 参数方程的常数项；(4)补偿辅星回波数据对成像时间段内每一方位脉冲发射时刻，逐一分别进行步骤 4a)和步骤4b)操作，补偿回波数据，实现对整个成像段回波数据的非平行航迹数据域补 偿；4a)计算波束中心视线方向单位矢量建立波束中心视线矢量的几何关系模型，构造t =τ时刻波束中心视线矢量与其他矢量几何关系的方程组
2.根据权利要求1所述的分布式卫星SAR系统非平行航迹补偿方法，其特征在于所 述步骤(1)中时间参数方程的拟合是在对主、辅星每个坐标建立方程组Ak = y的基础上， 采用总体最小二乘法求解得到时间参数方程中各项系数，其中A为时间参数矩阵，y为由所 取坐标GPS测量值构成的矢量，k为由时间参数方程中各项系数构成的矢量。
3.根据权利要求1所述的分布式卫星SAR系统非平行航迹补偿方法，其特征在于所 述步骤O)中方位脉冲发射时间是指以脉冲重复周期为采样周期对成像时间段内时间重 采样获得的各个时间。
4.根据权利要求1所述的分布式卫星SAR系统非平行航迹补偿方法，其特征在于所 述步骤(5)中沿航迹基线长度计算采用如下公式
全文摘要
本发明公开了一种分布式卫星SAR系统非平行航迹补偿方法，主要解决分布式卫星SAR系统中非平行航迹补偿及沿航迹基线的计算的问题。其实现过程为采用总体最小二乘法对星历位置测量数据拟合，得到成像时间段内卫星航迹的时间参数方程；对航迹位置重采样，得到每一个方位脉冲发射时间的航迹位置坐标；构造平行于主星航迹的新辅星航迹的时间参数方程；对辅星回波数据补偿，得到等效为沿平行于主星航迹的新辅星航迹接收的回波；计算沿航迹基线长度。本发明对星历位置测量数据的拟合能够克服具有短时相关性的GPS测量误差的影响，能为GMTI杂波抑制提供相关性更高的图像对及为运动目标测速定位提供准确的沿航迹基线。
文档编号G01S13/90GK102073036SQ201010527770
公开日2011年5月25日 申请日期2010年10月29日 优先权日2010年10月29日
发明者廖桂生, 束宇翔, 杨志伟 申请人:西安电子科技大学