一种弹载SAR运动误差图像定位方法

摘要

本发明公开了一种弹载SAR运动误差图像定位方法，包括步骤一、根据弹载SAR平台与目标位置、速度关系建立俯冲模型下的直角坐标系，获取起始时刻雷达平台和目标点的位置坐标、雷达平台三个方向的运动速度分量，设定位置误差和速度误差，获取加入误差后的位置坐标和各方向的速度值；步骤二、建立SAR定位多普勒方程组，通过步骤一中得到的位置坐标、速度值以及几何关系，得到SAR图像的几何定位误差的显示解，根据该显示解，对图像几何误差进行校正，从而完成对SAR运动误差的图像定位。本发明中给出了两种运动误差因子产生图像几何定位误差的显示解，更全面的反映平台位置和速度测量误差对SAR图像几何定位的影响。

主权项

一种弹载SAR运动误差图像定位方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一、根据弹载SAR平台与目标位置、速度关系建立俯冲模型下的直角坐标系，获取起始时刻雷达平台和目标点的位置坐标、雷达平台三个方向的运动速度分量，设定位置误差和速度误差，获取加入误差后的位置坐标和各方向的速度值；所述的步骤一具体为：（a）根据弹载SAR平台与目标位置、速度关系建立俯冲模型下的直角坐标系，获取起始时刻雷达平台和目标点的位置坐标、雷达平台三个方向的运动速度分量；以目标所在的地平面为XOZ平面建立直角坐标系，X轴指向正北方向，Z轴指向正东方向，Y轴垂直地平面向上；设定起始时刻t=0时，雷达平台位置A点坐标为(0,H,0)，目标点P坐标为(x₀,0,z₀)，P点位于雷达波束指向地面的环形区域内；假设雷达平台在成像时间内沿ABC直线运动，B点是t时刻雷达平台所处的位置，C点为雷达平台运动方向和地平面XOZ的交点，雷达平台速度矢量为$\overrightarrow{V}=\left[\begin{array}{ccc}{V}_x& V_y& V_z\end{array}\right],$其中，V_x、V_y、V_z分别表示雷达平台速度矢量在X、Y、Z方向的分量，t=0时刻，雷达平台对应的斜距为r₀，入射角为θ_L，等效锥角为波束指向地面投影与X轴夹角为θ；（b）设定位置误差和速度误差；设雷达平台的位置误差为ds＝[dx dy dz]，雷达平台速度误差为$d\overrightarrow{V}=\left[\begin{array}{ccc}{\mathrm{dV}}_x& {\mathrm{dV}}_y& {\mathrm{dV}}_z\end{array}\right],$其中，dx、dy、dz分别表示雷达平台在X、Y、Z三个方向上的位置误差，dV_x、dV_y、dV_z分别表示雷达平台在X、Y、Z三个方向上的速度误差；（c）获取加入误差后的位置坐标和各方向的速度值；获取雷达平台位置A点加入误差后的雷达平台位置A′点，A′点的坐标为(dx,H+dy,dz)，目标点P的成像结果被认为是位于p′的成像结果，p′的坐标为(x₀+Δx,0,z₀+Δz)，其中，Δx、Δz分别为SAR图像的几何定位误差X向和Z向的畸变量；加入雷达平台速度误差后的雷达平台速度矢量记做表示为：$\overrightarrow{V^{\prime }}=\overrightarrow{V}+d\overrightarrow{V}=\left[\begin{array}{ccc}{V}_x+{\mathrm{dV}}_x& V_y+{\mathrm{dV}}_y& V_z+{\mathrm{dV}}_z\end{array}\right]---\left(1\right)$步骤二、根据等距离、等多普勒原理，建立SAR定位多普勒方程组，通过步骤一中得到的加入误差后的位置坐标、速度值以及几何关系，得到SAR图像的几何定位误差的显示解，根据该显示解，对图像几何误差进行校正，从而完成对SAR运动误差的图像定位；所述的步骤二具体为：（a）根据SAR成像过程中等距离、等多普勒原理，建立SAR定位多普勒方程组，表示为：其中，表示起始时刻，雷达平台到目标点的距离矢量，表示加入误差后的距离矢量，λ为雷达信号波长；（b）将步骤一中得到的加入误差后的位置坐标和速度值带入公式（2）、（3）中，获取SAR图像的几何定位误差X向和Z向的畸变量，表示为：$\mathrm{\Delta x}=\left\{\begin{array}{cc}\frac{\mathrm{dy}(V_y+{\mathrm{dV}}_y)+{\mathrm{HdV}}_y-x_0{\mathrm{dV}}_x-z_0{\mathrm{dV}}_z}{V_x+{\mathrm{dV}}_x}+\mathrm{dx}& V_z+{\mathrm{dV}}_z=0\\ \frac{-b-\sqrt{b^2-4\mathrm{ac}}}{2a}+\mathrm{dx}& V_z+{\mathrm{dV}}_z\ne 0\end{array}\right.---\left(4\right)$$\mathrm{\Delta z}=\left\{\begin{array}{cc}-z_0+\sqrt{z_0^2-{(\mathrm{dx}-\mathrm{\Delta x})}^2+{2x}_0(\mathrm{dx}-\mathrm{\Delta x})-{\mathrm{dy}}^2-2\mathrm{Hdy}}+\mathrm{dz}& V_z+{\mathrm{dV}}_z=0\\ \frac{{\mathrm{HdV}}_y+\mathrm{dy}(V_y+{\mathrm{dV}}_y)-x_0{\mathrm{dV}}_x-z_0{\mathrm{dV}}_z-(V_x+{\mathrm{dV}}_x)(\mathrm{\Delta x}-\mathrm{dx})}{V_z+{\mathrm{dV}}_z}+\mathrm{dz}& V_z+{\mathrm{dV}}_z\ne 0\end{array}\right.---\left(5\right)$其中$a={(V_x+{\mathrm{dV}}_x)}^2+{(V_z+{\mathrm{dV}}_z)}^2---\left(6\right)$$\begin{array}{c}b={2x}_0{(V_z+{\mathrm{dV}}_z)}^2-{2z}_0(V_x+{\mathrm{dV}}_x)(V_z+{\mathrm{dV}}_z)-\\ 2(V_x+{\mathrm{dV}}_x)[{\mathrm{HdV}}_y+\mathrm{dy}(V_y+{\mathrm{dV}}_y)-x_0{\mathrm{dV}}_x-z_0{\mathrm{dV}}_z]\end{array}---\left(7\right)$$\begin{array}{c}c={[{\mathrm{HdV}}_y+\mathrm{dy}(V_y+{\mathrm{dV}}_y)-x_0{\mathrm{dV}}_x-z_0{\mathrm{dV}}_z]}^2+({\mathrm{dy}}^2+2\mathrm{Hdy}){(V_z+{\mathrm{dV}}_z)}^2+\\ {2z}_0(V_z+{\mathrm{dV}}_z)[{\mathrm{HdV}}_y+\mathrm{dy}(V_y+{\mathrm{dV}}_y)-x_0{\mathrm{dV}}_x-z_0{\mathrm{dV}}_z]\end{array}---\left(8\right)$其中：ds＝[dx dy dz]为雷达平台的位置误差，为雷达平台速度误差，V_x、V_y、V_z分别表示雷达平台速度矢量在X、Y、Z方向的分量；由步骤二（b）得到相应的几何定位误差显示解准确给出SAR图像的几何偏移量，偏移量为图像定位提供初始输入量，对图像的几何误差进行校正，从而完成对SAR运动误差的图像定位。