基线特征对天基双天线InSAR性能的影响分析

《基线特征对天基双天线InSAR性能的影响分析》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、第18卷第6期载人航天Vo1．18No．62012年11月MannedSpaceflight7基线特征对天基双天线InSAR性能的影响分析孙造宇，董臻(国防科学技术大学电子科学与工程学院，长沙410073)摘要天基双天线InSAR以空间站等为平台，其基线特征对系统干涉测高性能有重要影响。针对姿态变化、振动和基线测量误差三个影响干涉测高性能的主要因素开展分析，可以得出姿态变化和天线杆振动引起的基线变化会造成干涉相干性的变化、图像相位变化等，进而影响干涉测高，图像相位变化引起的干涉相位变化是其中主要影响因素，为了对其进行补偿，需要高精度的基线测量。仿真结果验证了理论上的分析。关键词基线；姿

2、态；振动；测量；InSAR．；影响分析中图分类号：TN957文献标识码：A文章编号：1674—5825(2012)06—0007—06适合的平台为空间站、航天飞机以及大型卫星等。1引言由于空间站、航天飞机等平台所处的轨道较低，天基干涉合成孔径雷达(InterferometrieSyn—存在较大的空气动力干扰阻力，会对平台的姿态稳theticApertureRadar，SAR，InSAR)~,够获取全球的定造成较大的影响，进而影响基线姿态稳定度。姿态数字高程模型，同传统光学测绘系统相比，天基In—的变化会影响干涉测高的性能。为了保持平台的姿SAR系统具有全天候、全天时、大范围对地观测获取

3、态稳定，需要周期性地对平台进行调姿，姿态的突变数字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)的优会造成支撑天线杆的振动，引起测高误差。本文将对点。自1974年InSAR技术被提出以来，它就获得了这两种基线误差影响进行分析。另外，进行干涉测高极大的发展。现有的天基InSAR包括多航过体制、编需要精确的基线长度及姿态信息，因此需要姿态及队体制和双天线体制。双天线体制采用单平台，基线基线长度的测量系统，SRTM即采用了姿态与轨道确固定，因此能快速获取DEM。2000年美国首次实现定系统(AttitudeandOrbitDeterminationAvionics，了天基双天

4、线InSAR任务，即航天飞机雷达地形测AODA)。基线信息测量的精度也会影响测高性能，这绘使命(ShuttleRaderTopographyMission，SRTM)[11，也是本文的一项分析内容。在“奋进”号航天飞机上装载一根长约60m的天线杆2天基双天线InSAR模型构成InSAR基线伸展臂，位于基线臂两端的雷达构成InSAR传感器。2000年2月SRTM历经1ld获取天基双天线InSAR进行干涉测高是利用在交轨80％的地球陆地观测数据，成功完成使命，是InSAR向分开的两部天线获取两幅SAR图像，图像具有相发展历史上的里程碑。SRTM采用的天基双天线体制干性，能够进行干涉处理，干

5、涉得到的相位图包含高是一种有较高实用价值的天基InSAR体制，这种体程信息，提取高程信息可以构建DEM。双天线在交制的系统由平台内主天线、平台外辅天线以及支撑轨向分开的距离即为基线，基线是干涉测高中的关天线杆构成，这种体制要求维持平台姿态稳定，因此键因素，合适的干涉基线可以保证图像的相干l生并收稿日期：2011-12—26；修回日期：2012—07—20作者简介：孙造宇(1978一)，男，博士，讲师，主要从事星载SAR／InSAR系统论证及信号处理研究工作。E-mail：sun_zyu@163．com8载人航天第18卷尽量降低误差传递。因此天基双天线InSAR中。利用3姿态引起的基线变

6、化对测高的影响基线需求来确定天线杆的长度。天线杆连接主、辅天线，构成测绘系统，其观测几何如下：由于外部的干扰，平台姿态会发生变化，姿态的变化是一个缓变过程，因此在一幅图像测绘的时间内用下述的线性模型表示：=Ooi讹t，i=1，2，3(2)其中，下标i为1、2、3时分别表示滚动角、俯仰角、偏航角，为初始姿态，k为姿态稳定度。姿态的变化会造成基线矢量的变化，基线矢量指平台内主天线指向平台外辅天线的矢量，在平台本体坐标系下，此矢量固定，设为B。此矢量在场景坐标系下表示为：图1双天线InSAR观测几何B=A出AB6(3)上图中，S。、s分别为主、辅天线。观测几何中各其中，A表示地心固连坐标系到

7、场景坐标系的转换角度在场景坐标系XYZ中定义，场景坐标系定义为矩阵，A表示平台轨道坐标系到地心固连坐标系的轴指向为平台相对于地面速度方向，此相对速度转换矩阵，A表示平台本体坐标系到平台轨道坐标是卫星速度与地球自转速度的合成，l，轴指向切于系的转换矩阵，它与姿态相关嘲：地面，z轴与、y轴满足右手系。图中yz平行Ab=R3R1g于XYZ。B为总基线长，BB分别为水平、垂直基cos03一sin030COS0线长，为基线与XY平面的夹角在YZ平面的投R