專利名稱：一種影響機(jī)載sar成像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)誤差范圍的估算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于航空宇航、光學(xué)、力學(xué)交叉學(xué)科的范疇，具體涉及一種影響機(jī)載SAR成像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)誤差范圍的估算方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一種高分辨率二維成像雷達(dá)，它以合成孔徑原理和脈沖壓縮技術(shù)為理論基礎(chǔ)，依靠光學(xué)處理或高速數(shù)字處理來實(shí)現(xiàn)距離維和方位維的二維高分辨率成像。對(duì)于機(jī)載SAR系統(tǒng)來說，運(yùn)動(dòng)既是答案又是問題。一方面雷達(dá)載體(嚴(yán)格講是天線相位中心)與被成像區(qū)域之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)是獲得方位向高分辨率的關(guān)鍵，另一方面偏離勻速直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)誤差使SAR成為難度最大、最具有挑戰(zhàn)性的雷 達(dá)工作方式。合成孔徑雷達(dá)以載體進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)為基礎(chǔ)，但實(shí)際上載機(jī)在飛行時(shí)，受氣流、高空風(fēng)以及設(shè)備性能等因素影響，不可能保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。為獲得高品質(zhì)圖像，必須先確定影響SAR成像的運(yùn)動(dòng)誤差的范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種影響機(jī)載SAR成像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)誤差范圍的估算方法。所述的估算方法利用功率譜密度法計(jì)算線性化的小擾動(dòng)飛行動(dòng)力學(xué)方程組，從而直接計(jì)算出頻域內(nèi)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差，并與SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差相比較，得出影響機(jī)載SAR成像的運(yùn)動(dòng)誤差的頻率范圍。本發(fā)明提供的估算方法包括如下步驟第一步，通過功率譜密度法計(jì)算頻域內(nèi)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差。第二步，結(jié)合飛機(jī)運(yùn)動(dòng)誤差表征與SAR成像特性，給出機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差。第三步，比較飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差與可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差，確定影響機(jī)載SAR成像的運(yùn)動(dòng)誤差的頻率范圍。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合SAR成像特性與飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差表征，給出了機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差，應(yīng)用該剩余運(yùn)動(dòng)誤差到機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償研究中，可得出影響機(jī)載SAR成像的運(yùn)動(dòng)誤差的頻率范圍。


圖I為實(shí)施例中湍流強(qiáng)度及尺度隨飛行高度和超越概率的變化曲線。圖2為實(shí)施例中以某機(jī)載SAR的可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差與飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差比較圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的估算方法進(jìn)行詳細(xì)說明。
本發(fā)明提供一種影響機(jī)載SAR成像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)誤差范圍的估算方法，所述的估算方法首先通過功率譜密度法確定飛機(jī)運(yùn)動(dòng)誤差的功率譜密度；然后根據(jù)機(jī)載SAR成像質(zhì)量的要求，確定機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差；最后通過比較機(jī)載SAR可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差與飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差，確定影響機(jī)載SAR成像運(yùn)動(dòng)誤差的頻率范圍。具體步驟如下第一步，通過功率譜密度法計(jì)算頻域內(nèi)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差。大氣紊流是隨機(jī)過程，它的特性只能用統(tǒng)計(jì)的方法，即用功率譜密度或相關(guān)函數(shù)來描述。功率譜密度中包含著飛機(jī)響應(yīng)的全部信息，故功率譜密度法是研究飛機(jī)對(duì)大氣紊流響應(yīng)的主要方法。所述的功率譜密度法是指根據(jù)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)量(輸出矢量)對(duì)大氣紊流量的傳遞函數(shù)矩陣和已知的大氣湍流功率譜密度矩陣，可得出飛機(jī)運(yùn)動(dòng)量響應(yīng)的功率譜密度矩陣oy(f)為Oy(f) = G*(if) Oz(f)GT(if) (I)
其中，G(if)為飛機(jī)輸出矢量對(duì)大氣紊流量的傳遞函數(shù)矩陣,上標(biāo)*表示復(fù)共軛,T表示轉(zhuǎn)置；Φζ( ·)為輸入的大氣湍流功率譜密度矩陣。采用上述的功率譜密度矩陣來表征飛機(jī)運(yùn)動(dòng)誤差的大小。為了突顯大氣湍流對(duì)飛機(jī)運(yùn)動(dòng)的影響，在大氣湍流風(fēng)速遠(yuǎn)小于飛行速度的條件下，運(yùn)用小擾動(dòng)假設(shè)，可將飛機(jī)運(yùn)動(dòng)方程線性化，從而得到橫縱向解耦的兩組小擾動(dòng)線性方程組。線性方程組的輸出矢量(載機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差)對(duì)擾動(dòng)矢量(大氣湍流)的傳遞函數(shù)矩陣即為傳遞函數(shù)矩陣G(S)。在縱向運(yùn)動(dòng)方程中，大氣湍流功率譜密度矩陣為
權(quán)利要求
1.一種影響機(jī)載SAR成像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)誤差范圍的估算方法，其特征在于，包括如下步驟 第一步，通過功率譜密度法計(jì)算頻域內(nèi)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差； 第二步，結(jié)合飛機(jī)運(yùn)動(dòng)誤差表征與SAR成像特性，給出機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差； 第三步，比較飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差與可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差，確定影響機(jī)載SAR成像的運(yùn)動(dòng)誤差的頻率范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種影響機(jī)載SAR成像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)誤差范圍的估算方法，其特征在于第一步中，采用功率譜密度矩陣來表征飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差，所述的功率譜密度矩陣Φγ( )為
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種影響機(jī)載SAR成像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)誤差范圍的估算方法，其特征在于可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差采用相位誤差功率譜密度Ga (f)來表征
全文摘要
本發(fā)明公開了一種影響機(jī)載SAR成像質(zhì)量的運(yùn)動(dòng)誤差范圍的估算方法，屬于航空宇航、光學(xué)、力學(xué)交叉學(xué)科的范疇。所述的估算方法利用功率譜密度法計(jì)算線性化的小擾動(dòng)飛行動(dòng)力學(xué)方程組，從而直接計(jì)算出頻域內(nèi)飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差，并與SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差相比較，得出影響機(jī)載SAR成像的運(yùn)動(dòng)誤差的頻率范圍。本發(fā)明結(jié)合SAR成像特性與飛機(jī)的運(yùn)動(dòng)誤差表征，給出了機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償系統(tǒng)可容許的剩余運(yùn)動(dòng)誤差，應(yīng)用該剩余運(yùn)動(dòng)誤差到機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償研究中，可得出影響機(jī)載SAR成像的運(yùn)動(dòng)誤差的頻率范圍。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102901955SQ20121037536
公開日2013年1月30日 申請日期2012年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月29日
發(fā)明者郭昊, 劉沛清, 李陽, 屈秋林, 陳靜靜, 劉振臣 申請人:北京航空航天大學(xué)