专利名称：基于pos的机载干涉sar系统及方法
技术领域：
本发明涉及信息获取与处理技术领域，特别是一种基于POS的机载干涉SAR系统及方法，实现了雷达的三维观测。
背景技术：
干涉SAR技术是在传统的SAR遥感技术基础上，结合差分GPS和惯性测量技术而发展起来的新型空间遥感技术，具有全天时、全天候获取数字高程图像的特点。干涉SAR技术将传统SAR测量从高分辨率的二维地物图像拓展到三维空间，被认为是前所未有的极具潜力的空间对地观测技术。各国对这一领域的研究都给予了高度的重视。采用干涉SAR技术，不仅可以直接得到数字高程模型和三维地形图，而且具有测绘成果覆盖面大、精度高、有统一的基准等优点，在国民经济建设方面应用广泛。
我国的西部地区拥有广阔的国土面积，其中大部分属于传统航空摄影测量的困难地区。包括海拔在5000米以上的青藏高原地形测绘，西南地区由于云层覆盖的影响造成无图或少图区的测绘，边境线测绘等。在这些困难地区由于地理环境、气候等因素的影响，传统摄影测量方法一直以来难以实现这些地区的地形图的绘制。某些地区无法得到1∶50000或者更大比例尺的满足一定精度要求的地形图，某些地区根本甚至是无图区。机载干涉SAR由于具有全天时、全天候获取大面积高精度数字高程图像的特点，并且以一定的侧视入射角对地观测，因而可以解决传统摄影测量的困难地区的1∶50000比例尺或者更大比例尺的地图测绘。研制成功机载干涉SAR系统可以用来完成测绘西部约50万平方公里国土的1∶50000地形图的国家任务，具有深远的意义。
由中国科学院电子学研究所承担的国家十五“863”计划信息技术领域课题“机载干涉SAR系统”经过二年半时间的攻关，已经成功研制完成。该系统具备经SAR处理和干涉处理生成DEM和正射影象的能力，面向西部地区，尤其是光学测绘困难地区进行测图飞行，满足1∶5万地形图测绘。机载干涉SAR系统是我国第一部机载干涉合成孔径雷达系统。该系统在世界上第一次采用定位定向系统(Position and Orientation System，简称POS)来实现干涉SAR运动数据的采集和处理。此前，主要是采用陀螺加速度计或IMU来完成该功能。而POS主要被用在光学系统中。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于POS的机载干涉SAR系统及方法。
合成孔径雷达(简称SAR)是一种高分辨率的二维成像系统。作为主动式微波遥感设备，它发射线性调频信号实现距离向的高分辨率，利用回波多普勒相位信息合成等效的大孔径天线，来获取方位向的高分辨率。机载干涉SAR系统是在合成孔径雷达基础发展起来的一种新型雷达。它采用两个横向相隔一定距离的天线，观测同一区域，得到两幅SAR的复值图像，经精确配准和干涉处理后，就可以获得被观测区域各点的地形高度信息，从而实现雷达的三维观测。
基于POS的机载干涉SAR系统由机上部分和地面部分两大系统构成。简单地说，机上部分主要用来完成数据的获取任务。地面部分主要用来对获取的数据进行处理，最后得到我们所需要的地形信息数据。
其中，机上部分又分为舱内和舱外两部分。舱内系统包括双通道雷达本体分机包括发射机、双通道接收机、定时与监控等，综合信息处理分机，POS实时记录与处理系统，平台控制分机。
舱外包括刚性连接的双天线，稳定平台、POS传感器(即IMU)。地面部分包括POS数据后处理系统、SAR成像系统、干涉处理系统、产品处理系统、任务计划系统、运动补偿系统构成。
所要获取的数据分为两大类一是雷达数据，由机上雷达本体部分完成数据的获取；二是稳定平台的运动数据，由POS传感器获取。由地面部分对获取的雷达数据和平台运动数据进行处理。
雷达数据的获取过程是
第一步，由发射机将雷达信号通过天线发射到我们所要测量的地面；第二步，通过天线接收来自地面的回波信号；第三步，通过双通道接收机将我们感兴趣的信号提取出来；第四步，通过综合信息处理机将雷达信息记录下来。
平台运动数据的获取过程是第一步，通过安装在平台上的POS传感器，感应平台的运动参数；第二步，将运动参数打包记录。
地面部分包括POS数据后处理系统、SAR成像系统、干涉处理系统、产品处理系统、任务计划系统、运动补偿系统等。
数据处理方法包括包括数据获取与处理，其步骤如下步骤S1，通过安装在平台上的POS传感器，感应平台的运动参数，将运动参数打包记录；同时，由发射机将雷达信号通过天线发射到我们所要测量的地面，通过天线接收来自地面的回波信号，经接收机将我们感兴趣的信号提取出来，最后，通过综合信息处理机将雷达信息记录下来；步骤S2，飞行结束后，将POS传感器实时获取和记录的载有双天线的平台的运动数据，包括位置、速度、加速度、角速度和姿态等信息进行处理；这些运动参数与雷达数据具有对应关系；步骤S3，将POS处理后所得到的运动数据与雷达数据在时间上进行对准；步骤S4，用POS处理得到的数据对雷达数据进行运动补偿；步骤S5，雷达数据经成像系统处理，得到两幅复值SAR图象；步骤S6利用POS处理得到的数据，经干涉处理系统处理，得到地形信息。
图1是本发明的基于POS的机载干涉SAR系统图。
图2是本发明的基于POS的机载干涉SAR系统方法流程图。
具体实施例方式
图1是POS的机载干涉SAR系统，其中，POS系统分为两部分传感器部分和数据记录处理部分。传感器部分安装在飞机稳定平台上，数据记录处理部分安装在机舱内和地面处理中心。
图2基于POS的机载干涉SAR系统方法，其步骤如下包括数据获取与处理，其步骤如下步骤S1，通过安装在平台上的POS传感器，感应平台的运动参数，将运动参数打包记录；同时，由发射机将雷达信号通过天线发射到我们所要测量的地面，通过天线接收来自地面的回波信号，经接收机将我们感兴趣的信号提取出来，最后，通过综合信息处理机将雷达信息记录下来；步骤S2，飞行结束后，将POS传感器实时获取和记录的载有双天线的平台的运动数据，包括位置、速度、加速度、角速度和姿态等信息进行处理；这些运动参数与雷达数据具有对应关系；步骤S3，将POS所得到的处理后的数据，并将该运动数据与雷达数据在时间上进行对准；步骤S4，用POS处理得到的数据对雷达数据进行运动补偿；步骤S5，雷达数据经成像系统处理，得到两幅复值SAR图象；步骤S6利用POS处理得到的数据，经干涉处理系统处理，得到地形信息。
权利要求
1.基于POS的机载干涉SAR系统，其特征在于，由机上部分和地面部分两大系统构成，机上部分主要用来完成数据的获取任务，地面部分主要用来对获取的数据进行处理，其中，机上部分又分为舱内和舱外两部分，舱内系统包括双通道雷达本体分机，该双通道雷达本体分机包括发射机、双通道接收机、定时与监控，综合信息处理分机，POS实时记录与处理系统，平台控制分机；舱外包括刚性连接的双天线，稳定平台、POS传感器，地面部分包括POS数据后处理系统、SAR成像系统、干涉处理系统、产品处理系统、任务计划系统、运动补偿系统构成。
2.基于POS的机载干涉SAR系统方法，其特征在于，获取的数据分为两大类一是雷达数据，由机上雷达本体部分完成数据的获取；二是稳定平台的运动数据，由POS传感器获取，由地面部分对获取的雷达数据和平台运动数据进行处理。
3.根据权利要求2的基于POS的机载干涉SAR系统方法，其特征在于，雷达数据的获取过程是第一步，由发射机将雷达信号通过天线发射到我们所要测量的地面；第二步，通过天线接收来自地面的回波信号；第三步，通过双通道接收机将我们感兴趣的信号提取出来；第四步，通过综合信息处理机将雷达信息记录下来。
4.根据权利要求2的基于POS的机载干涉SAR系统方法，其特征在于，平台运动数据的获取过程是第一步，通过安装在平台上的POS传感器，感应平台的运动参数；第二步，将运动参数打包记录。
5.根据权利要求2的基于POS的机载干涉SAR系统方法，其特征在于，包括数据获取与处理，其步骤如下步骤S1，通过安装在平台上的POS传感器，感应平台的运动参数，将运动参数打包记录；同时，由发射机将雷达信号通过天线发射到我们所要测量的地面，通过天线接收来自地面的回波信号，经接收机将我们感兴趣的信号提取出来，最后，通过综合信息处理机将雷达信息记录下来；步骤S2，飞行结束后，将POS传感器实时获取和记录的载有双天线的平台的运动数据，对该信息进行处理；步骤S3，将POS处理后所得到的运动数据与雷达数据在时间上进行对准；步骤S4，用POS处理得到的数据对雷达数据进行运动补偿；步骤S5，雷达数据经成像系统处理，得到两幅复值SAR图象；步骤S6利用POS处理得到的数据，经干涉处理系统处理，得到地形信息。
6.根据权利要求5的基于POS的机载干涉SAR系统方法，其特征在于，平台的运动数据，包括位置、速度、加速度、角速度和姿态；这些运动参数与雷达数据具有对应关系。
全文摘要
本发明涉及信息获取与处理技术领域，特别是一种基于POS的机载干涉SAR系统及方法。方法包括步骤S1，通过安装在平台上的POS传感器，感应平台的运动参数，将运动参数打包记录；步骤S2，飞行结束后，将POS传感器实时获取和记录的载有双天线的平台的运动数据，包括位置、速度、加速度、角速度和姿态等信息进行处理；步骤S3，将POS处理后所得到的运动数据与雷达数据在时间上进行对准；步骤S4，用POS处理得到的数据对雷达数据进行运动补偿；步骤S5，雷达数据经成像系统处理，得到两幅复值SAR图象；步骤S6利用POS处理得到的数据，经干涉处理系统处理，得到地形信息。
文档编号G01S7/02GK1811486SQ20051000574
公开日2006年8月2日 申请日期2005年1月25日 优先权日2005年1月25日
发明者向茂生, 彭海良, 吴一戎, 丁赤飚 申请人:中国科学院电子学研究所