基于IMU的机载TOPSAR目标定位方法

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1、航空学报May252016V01．37No．51587．1594ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaISSN1000．6893CN11-1929／V===============================================一http：#hkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于IMU的机载TOPSAR目标定位方法范怀涛1’2一，张志敏1，李宁1，魏云龙11．中国科学院电子学研究所航天微波遥感系统部，北京1001902．中国科学院大学电子电气与通信工

2、程学院，北京100049摘要：Burst工作模式和方位波束的主动扫描使得TOPSAR工作模式能够有效削弱ScanSAR模式的扇贝效应，同时也导致图像方位向像素位置与回波脉冲的关系变得复杂，给目标定位带来了很多问题。惯性测量单元(IMU)数据记录延时也会导致方位向定位误差存在，精确估计这个误差能够大大提高目标的方位向定位精度。从TOPSAR数据采集的几何关系和成像过程出发，结合机载IMU数据，提出了一种新的机载TOPSAR目标定位方法。该方法能够直接从TOPSAR斜距图像中获取目标的经纬度信息。通过实际飞行试验获取的机载TOPS

3、AR数据验证了该方法的有效性，能够获取25m的平均定位精度。关键词：合成孔径雷达；机载TOPSAR；惯性测量单元；目标定位；定位精度中图分类号：V443+．2；TN958文献标识码：A文章编号：1000—6893(2016)05—1587—08精确的定位信息对合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)图像的理解与运用具有非常重要的意义[1]，在军事侦察、地形测绘口。21等领域有重要的应用价值。随着SAR的发展，多种不同工作模式下SAR图像的快速、精确定位需求也不断被提出。宽幅测绘一直是SAR领域的一个

4、重要发展方向，尤其是在海洋现象观测和海上目标检测与跟踪领域有突出优势。目前SAR系统主要采用ScanSAR和TOPSAR(TerrainObser—vationbyProgressiveScansSAR)两种模式进行宽幅测绘工作。TOPSAR模式作为一种新型宽幅测绘模式，通过方位向波束主动扫描，能够克服ScanSAR模式的主要缺陷，有效削弱方位向扇贝效应和模糊比、信噪比在方位向的严重不一致现象睁引。优良的性能使得TOPSAR工作模式在2006年首次提出之后就备受关注，并很快被应用到实际工程当中n。7]。但是在TOPsAR模式下

5、，波束的方位向和距离向两维电扫描导致图像像素位置与回波脉冲的关系变得复杂，给目标定位带来了很多问题。目前机载SAR通常配备惯性测量单元(In—ertialMeasurementUnit，IMU)来精确测量载机的姿态和天线相位中心的位置等信息，并根据这些参数进行运动补偿，以获取高精度的SAR图像[8]。由于信号在硬件电路中的传播延迟，IMU数据从采集到记录存在一定延时，导致一个脉冲中的IMU辅助数据与回波数据是不匹配的，精确的方位向定位需要对IMU延时误差进行补偿。本文采用一种精确而且简洁的方法估计延时误差，有效提高了图像定位精

6、度。星载和机载模型下的目标定位问题受到国内外学者的广泛关注。文献[1]提出通过求解斜距收稿日期：2015—05—06；退修日期：2015—07-24；录用日期：2015-09—22；网络出版时间：2015·10—1909：22网络出版地址：www．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20151019．0922002．htmI基金项目：国家自然科学基金(61172122)*通讯作者．Tel．：010-58887160E-mail：huaitaofan@163com秘甩撂武t范钚涛，张志敏，李宁，等．基f

7、IMU的机载TOPSAR目标定位方法[如．航空学报，2016t37(5)：1587-1594．FANHT，ZHANGZM,LIN，etal．TargetgeoqocationmethodinairborneTOPSARmodebasedonIMUEJ]．ActaAeronauficaetAstronau—UcaSinica，2016，37(5)：1587-1594．1588航空学报May252016Vol37No．5方程、多普勒方程和地球模型方程进行目标定位的RD(Range-Doppler)定位方法。文献E9]提出了一种机载

8、条带模式下的快速定位方法，文献[10—12]研究了聚束和广域监视模式下的定位方法。本文从T()PSAR数据采集的几何关系出发进行理论分析，研究了机载TOPSAR图像目标定位问题。成像方法不可避免会对目标定位产生影响，所以本文首先简要介绍了一种TOPSAR全孔径成像算法，然后对