专利名称：综合总体参数的星载双天线sar干涉定标器布放方法
技术领域：
本发明涉及一种星载双天线干涉合成孔径雷达(InSAR)地面定标器布放方法，属于信号处理技术领域。
背景技术：
星载干涉合成孔径雷达(InSAR)是近年合成孔径雷达发展领域发展较为活跃的技术，具有全天时、全天候的特征，广泛应用于地形高程测量。比较典型的星载InSAR系统有星载双天线SAR和分布式卫星SAR，前者由于系统相对简单，实现难度小，成本较低，获得了较大的发展。干涉参数是干涉测高系统的重要概念，包括卫星高度、斜距、基线长度、基线倾角和干涉相位。干涉参数决定着InSAR系统的干涉性能，其精度直接影响到最终提取的地表高程或形变的精度，因此精确的干涉参数定标是极为重要和必需的。目前干涉参数的定标主要有两种方法基于相位校正的干涉参数定标；基于敏感度方程的干涉参数定标。第一种方法是基于相位校正的干涉参数定标，利用敏感度方程建立干涉参数误差与干涉相位和参考相位之差的关系，采用方程组求解的方法获取干涉参数误差的估计值， 利用这一估计值对干涉参数误差进行校正，并应用校正后的干涉参数进行干涉高程重建， 进而提高干涉测高精度。第二种方法利用敏感度方程建立干涉参数误差和干涉高程测量误差间的关系，在此基础上，采用方程组求解的方法对干涉参数误差进行估计，进而利用参数误差估计值对干涉参数进行校正。现在基于这两种方法的研究多数应用于机载干涉SAR 系统，定标的区域比较小，几何关系比较简单，而星载双天线干涉SAR沿绕地轨道运行，待定标区域涉及全球多个纬度带，卫星工作于不同纬度时卫星高度、测绘带宽度和星下点处地球半径都会有变化。为了能够在总体设计过程中精确分析干涉定标对系统干涉性能的影响，便于在全球范围各纬度带对所有待验证的总体参数进行干涉定标分析，需要将卫星轨道参数、SAR系统参数等总体设计参数综合于干涉定标过程中。
发明内容
本发明的目的克服现有技术的不足，提供一种综合总体设计参数的星载双天线 SAR干涉定标器布放方法，该方法使总体设计和干涉定标紧密地联系起来，可以将总体设计、SAR成像处理、干涉处理和干涉定标作为统一的整体进行仿真试验，既提高了干涉SAR 系统总体设计质量，又从总体角度给干涉定标提供了重要参考。本发明的技术解决方案一种综合总体设计参数的星载双天线SAR干涉定标器布放方法，是根据总体参数分析星载SAR天线对地面的覆盖情况，再利用敏感度矩阵分析的方法得出地面定标器布放规则，并通过坐标转换算法获得各定标器的经纬度信息，可以针对全球各纬度带进行分析，实现了针对全球范围的干涉定标分析。本发明的原理为首先给出星载双天线SAR干涉定标的基本原理。
图1所示为星载双天线hSAR的干涉原理图，hInSAK为地面目标处的地心距，根据图中几何关系可以得到如下表示
权利要求
1.综合总体参数的星载双天线SAR干涉定标器布放方法，其特征在于实现步骤如下 第一步，求解卫星过顶时间、；第二步，计算主天线波束在地面的覆盖情况，得到波束中心、近端波束线和远端波束线的地面瞄准点的经纬度，并计算测绘带宽度，具体计算为 (2. 1)计算主天线波束中心瞄准点的经度Aci和纬度CDtl ； 瞄准点经度A0为IanA0=^x炉瞄准点纬度Φο为SinO0=ZgoVxK+4(17)(18)其中(xg。，yg。，zg0)为瞄准点在地固坐标系Ee中的坐标；(2. 2)计算主天线近端波束线的地面瞄准点的经纬度(Λν，ΦΝ)，远端波束线的地面瞄准点的经纬度(AF，Φρ)；近端波束线地面瞄准点的经度为VNtan An =^X炉(19)近端波束线地面瞄准点的纬度为ZNsin On=go如丨+丨ζ.O / \ 9N V , N Vgo, v go, (20) 其中(^，；^，^!)是主天线近端波束线的地面瞄准点在地固坐标系Ee中的坐标矢量； 远端波束线地面瞄准点的经度为 /tan Af =^fX炉(21)远端波束线地面瞄准点的纬度为Fsin Of = ,Zgo(22)其中 …；^,^。是主天线远端波束线的地面瞄准点在地固坐标系Ee中的坐标矢量；(2. 3)根据卫星过顶时刻对应的天线近端波束线和远端波束线地面瞄准点的经纬度计算测绘带的宽度W，W = ΨΝΡ· Re (23)其中民表示本地地球半径；Vnf为天线近端波束线与远端波束线的地面瞄准点之间对应的地心夹角ΨNF = arccos [sin (ΦΝ) Sin(Op) +cos (ΦΝ) cos (Of) cos (A F-AN) ] (24) 第三步，利用第二步求得的测绘带宽度W和卫星系统参数针对InSAR系统建立敏感度2矩阵，所述卫星系统参数包括卫星高度H、基线长度B、基线倾角θ b ;根据对定标器布放的约束条件，求得定标器布放参数，所述布放参数包括定标器个数L、第一个定标器与星下点之间的地距Cl1和定标器之间的地距间隔Δ d，定标器布放参数计算步骤如下 (3. 1)建立星载双天线干涉SAR的敏感度矩阵F，
2.根据权利要求1所述的综合总体参数的星载双天线SAR干涉定标器布放方法，其特征在于所述步骤(2. 1)中(Xg。，yg。，zg0)计算如下(1)计算t。时刻卫星在地球惯性坐标系Etj中的位置(x。s，y。s，zj ； 利用下式计算卫星轨道极矢径r
3.根据权利要求1所述的综合总体参数的星载双天线SAR干涉定标器布放方法，其特征在于所述第四步中(xgi，ygi，zgi)计算如下(1)根据第三步求出的定标器个数L、第一个定标器与星下点之间的地距Cl1和定标器之间的地距间隔Δ d，计算各定标器在卫星同步场景坐标系Ess中的位置矢量；设L个定标器的地距分别为dpi = 1，…，L，则各定标器在卫星同步场景坐标系Ess中的位置矢量为Vss= (0, Cli-Cl0,0), i = 1,…，L，其中dQ为主天线波束中心的地面瞄准点与星下点之间的地距，计算过程如下 d0 = V0 ‘ Re (32)其中R6表示本地地球半径，Vtl为波束中心地面瞄准点与星下点之间的地心夹角，可以根据球面三角关系做如下计算Ψ0 = arccos[sin(O0) sin( δ )+cos(O0)cos δ cos(A0-X )] (33) 其中δ，λ分别表示t(l时刻星下点的地心纬度和地心经度；(2)将定标器在卫星同步场景坐标系Ess中的位置矢量转换到地球同步场景坐标系Ese中Vse = AesVss (34)其中Aes为由卫星同步场景坐标系Ess到地球同步场景坐标系Ese的转换矩阵；(3)将各定标器位置坐标转换到地固坐标系Ee中，过程如下
全文摘要
综合总体参数的星载双天线SAR干涉定标器布放方法，基于干涉敏感度矩阵分析，充分利用总体设计给定的卫星轨道、SAR雷达系统等参数信息，给出敏感度矩阵的列满秩性对定标器布放的约束条件和定标器的布放规则；本发明将星载SAR覆盖性能分析和干涉敏感度矩阵分析相结合，使得干涉定标器布放规则的制订可以从总体设计阶段开始考虑，为后续定标工作提供重要的指导；本发明利用了卫星轨道要素等参数，所以实现了针对全球范围内各纬度区域的定标器布放规则分析，为全球DEM数据测量的工程实现提供了决策依据，具有重要的理论意义和工程实用价值。
文档编号G01S7/40GK102323571SQ20111014505
公开日2012年1月18日 申请日期2011年5月31日 优先权日2011年5月31日
发明者冯亮, 徐华平, 李春升 申请人:北京航空航天大学