[发明专利]一种基于多普勒参数分析的UAV聚束SAR前向速度估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于多普勒参数分析的UAV聚束SAR前向速度估计方法，属合成孔径雷达成像技术领域。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种全天时、全天候的微波遥感技术。将SAR技术与无人机(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)平台相结合，能够有效提高UAV的侦察能力。然而，在复杂的战场环境下，UAV的飞行航迹往往较大程度偏离理想的匀速直线运动，而UAV通常配备的惯导(Inertial Navigation System，INS)系统精度较低，尤其一些小型、轻型、低空UAV平台甚至不配备INS系统，这给SAR成像的运动补偿引入难点，影响SAR图像的聚焦。虽然基于回波数据的自聚焦方法能够在一定程度上改善SAR图像的聚焦质量，但是该方法是将UAV的前向运动误差和侧向运动误差的影响作为一个整体相位误差进行估计和补偿，其引入的图像几何形变将严重影响后续的图像处理、目标定位和识别。因此，对SAR平台前向速度的估计至关重要。文献中有的提出了基于多普勒参数分析的前向速度估计方法，用于消除SAR图像的几何形变，该方法在正侧视条带SAR模式下能够获得较好的估计精度，然而对于信号模型更为复杂的聚束SAR成像，该方法的性能明显下降。

发明内容

本发明的目的是，针对UAV聚束SAR成像方法存在的问题，本发明提出了一种基于多普勒参数分析的UAV聚束SAR前向速度估计方法，一种更精确的前向速度估计方法。

实现本发明的技术方案如下：一种基于多普勒参数分析的UAV聚束SAR前向速度估计方法，包括以下内容：

所述方法在聚束模式下，回波信号的多普勒调频率γ(t)可近似为如下形式：

其中v_X为沿航线前向速度；a_X沿航线加速度；v_r为垂直航线的速度；a_r为垂直航线的加速度；θ为斜视角；λ为波束的波长R_b；为场景中心点的最短斜距。

由于v_X和a_X、v_r和a_r是导数关系，因此，则认为式(1)中第一、第二项为低频分量，第三、四、五项为高频分量；对一段时间内估计得到的多普勒调频率进行低通滤波，即可分离得到式(1)中的低频分量：

在式(2)中，θ为参量斜视角，即波束与垂线之间的夹角；

沿航线前向速度v_X和沿航线加速度a_X均为时间t的函数，假设v_X和a_X的表示形式如下：

将式(3)代入式(2)，即可通过多项式拟合得到参数a₀、a₁和a₂，并由式(3)计算v_X和a_X。

本发明的有益效果是，本发明根据UAV聚束SAR的信号特性，分析了信号的多普勒调频率与UAV平台前向速度、加速度，侧向速度、加速度、斜视角等变量的相互关系，并给出了一种适用于UAV聚束SAR的前向速度估计方法。相比现有估计方法，本发明方法在UAV聚束SAR情况下可以获得更高的速度估计精度。

附图说明

图1为UAV聚束SAR成像几何模型；

图2为估计得到的多普勒调频率变化曲线；

图3为估计得到的前向速度变化曲线；

图4为前向速度估计误差；

其中，VX为沿航线的前向速度；aX为沿航线加速度；ar为侧向加速度；RB为场景中心点的最短斜距；θ为斜视角。

具体实施方式

本发明具体实施方式如下：

本实施例UAV聚束SAR成像几何如图1所示，在合成孔径时间内，波束一直照射成像区域。在理想情况下，载有雷达系统的UAV沿直线做匀速运动。在实际情况中，由于UAV自身的运动特性以及低空气流等因素的影响，实际的UAV运动轨迹通常偏离理想的匀速直线状态，如图1中虚线所示。