机载差分干涉SAR的误差分析

合集下载

分布式卫星干涉SAR测速误差分析

迹不完全平行，速度矢量存在差异，导致沿航迹干涉基线长度随时间不断变化，从而影响干涉相位图，带来测速误
差和目标定位误差。针对此问题，该文分析了分布式卫星群的实际轨道情况，建立了由基线长度变化导致的测速误
差模型，提出了两种可有效消除此误差从而提高测速精度的信号处理方法。后进行了计算机仿真实验，实验结论最
ｖｌｃｔ－ｒｏｅｏｉｙｅｒｒｍｏｅａｓｄｂｏ－ａａｌｌｆｉｇ，ｐｏｏｅｗｏｎｖｌｍｅｈｄｏｉｒｖｈｄｌｃｕｅｙｎｎｐｒｌｙｎｅｌｒｐｓｓｔｏｅｔｏｓｔｍｐｏｅｔｅｍｅｓｒｍｅｔａｕｅｎａｃｒｃｎｄｏｔｉｒｃｓｃｕａｙａｂａｎｐｅｉｅｍｅｓｒｍｅｔａｕｅｎ．Ｆｉａｌ，ｔｅｓｍｕａｉｎｅｐｒｍｅｔｌｒｓｌｓｒｖｔｅｃｎｌｓｏｎｌｙｈｉｌｔｏｘｅｉｎａｅｕｔｐｏｅｈｏｃｕｉｎ
第３第６期２卷
电
子
与
信
息
学
报
Ｖｂ１３２Ｏ．．Ｎ６
２１００年６月
Ｊｕｎａｆｅｔｏｉｓ＆ＩｆｒｔｏｃｎｌｇｏｒｌｃｒｎｃｏＥｌｎｏｍａｉｎＴｅｈｏｏｙ
Ｊｎ．０１ｕ２０
分布式卫星干涉ＳＡＲ测速误差分析

地基SAR形变监测误差分析与实验

图1 GB-SAR观测点和观测范围的立体几何关系
S ( f , R ) = ∑ σ x i , yi ×
i
(
)
1 4π f exp −j R (i ) R (i ) c
{
}
(1)
= σ×
1 4π f exp −j R R c
{
}
2
地基 SAR 系统形变监测模型
地基SAR通过控制天线沿直线轨道运动实现了对局部观测区域的2维分辨成像，其基本成像几何关 [9−11] 。地基SAR轨道方向设为y方向，系如图1所示轨道长为L，轨道相对观测目标水平高度差为H，天线照射俯角为 θ ，观测范围大小为M。地基SAR系
②
(Graduate University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
Abstract: Ground Based Synthetic Aperture Radar (GB-SAR) is an effective tool for regional deformation detection, it has the ability of continuous monitoring for a certain area day and night regardless of the weather condition. ASTRO (Advanced Scannable Two-dimensional Rail Observation system) is a GB-SAR system constructed by Institute of Electronics Chinese Academy of Sciences (IECAS). In order to make out the deformation detection performance of ASTRO, GB-SAR imaging geometry is presented, the deformation detection model and the analysis of error sources are derived in this paper. The deformation detection error sources are analyzed using precise deformation geometry. Finally, a deformation detection experiment is carried out using ASTRO, and the results demonstrate the ability of deformation detection. Key words: Ground Based SAR; Deformation monitoring model; Deformation monitoring precision model; Deformation monitoring error analysis

基于DPCA的机载SAR系统运动误差及其补偿

基于DPCA的机载SAR系统运动误差及其补偿
胡磊;李景文
【期刊名称】《雷达科学与技术》
【年(卷),期】2006(004)004
【摘要】基于相位中心偏置天线(DPCA)技术的机载SAR系统在实际运用中普遍存在着因雷达平台运动不稳定导致DPCA约束条件不满足的问题,这在很大程度上影响了机载SAR系统的杂波抑制性能.针对这个问题,该文以双天线机载SAR系统为模型,通过对DPCA的对消原理和运动误差的分析,结合插值理论,对载机匀加速运动状态下造成的运动误差提出了一种基于三次样条函数的运动补偿算法.通过计算机仿真,验证了该算法的有效性,且算法易于工程实现.
【总页数】5页(P218-222)
【作者】胡磊;李景文
【作者单位】北京航空航天大学电子信息工程学院201教研室,北京,100083;北京航空航天大学电子信息工程学院201教研室,北京,100083
【正文语种】中文
【中图分类】TN958
【相关文献】
1.基于DPCA的机载SAR-MTI系统误差分析及补偿方法研究 [J], 张英;李景文
2.基于DPCA的机载SAR-MTI系统误差分析及补偿方法研究 [J], 张英;李景文
3.基于波数域子孔径的机载三维SAR偏航角运动误差补偿 [J], 丁振宇;谭维贤;王
彦平;洪文;吴一戎
4.基于测量数据的机载三维SAR横滚角运动误差补偿 [J], 赖元友
5.基于移动最小二乘法的机载SAR成像运动误差补偿方法 [J], 薛濛;谭维贤;徐伟;张振华;黄平平
因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。

机载重轨干涉SAR高精度配准算法研究的开题报告

机载重轨干涉SAR高精度配准算法研究的开题报告一、研究背景干涉合成孔径雷达（InSAR）是一种遥感技术，它利用两个或多个微波雷达成像系统的相位差异进行高精度地形、地表形变监测等应用。

由于InSAR技术对地形、植被等因素的影响较小，被广泛应用于地形地貌变化、地壳形变、地球物理、环境监测等领域。

目前，InSAR技术在航空、卫星、挂起等多个平台上得到了广泛应用。

然而，机载InSAR系统的卫星InSAR系统比精度低，可能会受到平台姿态稳定性等因素的影响。

因此，对于机载InSAR系统来说，精确的配准技术非常重要。

二、研究内容在机载InSAR系统上，重轨数据的配准一直是一个难题。

当前，实现机载InSAR系统的重轨数据配准主要是使用传统的基于时间信号模板匹配的方法。

但是，这种方法需要使用大量的计算和处理时间，并且在处理大数据时容易出现问题。

因此，本研究计划开发一种新的机载InSAR重轨数据配准算法，即机载重轨干涉SAR高精度配准算法。

该算法主要基于机载InSAR系统的重轨数据的特点和干涉SAR成像的原理，通过对SAR影像进行处理和分析，实现重轨影像之间的高精度配准。

具体来说，该算法将采用以下方法：1.使用基线和角度信息，计算两幅SAR影像之间的转换矩阵。

2.将干涉SAR影像分别进行调整，使其能够准确地对齐。

3.使用FFT技术进行干涉图像配准，以获得高精度的重轨影像配准结果。

三、研究目的和意义该研究的主要目的是，设计和开发一种新的机载InSAR重轨数据配准算法，以提高机载系统的影像质量和准确性。

具体来说，该算法将可以实现：1.提高机载InSAR系统的数据处理效率，减少计算和处理时间。

2.提高机载InSAR系统的影像配准精度和准确性。

3.较好地解决当前机载InSAR系统的重轨数据配准难题。

四、研究方法为了实现机载重轨干涉SAR高精度配准算法，本研究将采用以下方法：1.建立重轨数据的SAR成像模型，分析SAR影像的成像原理及重轨数据的特点。

基于GPS_IMU组合导航的机载SAR运动补偿方案的误差分析及仿真验证

·41·2009年5月遥测遥控基于GPS/IMU组合导航的机载SAR运动补偿方案的误差分析及仿真验证韩锐，薛敦伟，李凉海（北京遥测技术研究所北京 100076）摘要：在分析对SAR成像分辨率有影响的几种主要运动偏差因素后，对基于GPS/IMU组合导航的运动补偿方案的测量误差进行了理论分析和仿真实验。

结果证明这种补偿方案能够很好地测出天线高频运动偏差，而残留的测量误差恰是能通过“基于回波的补偿方式”很好处理的低频误差。

文中的推导结论及仿真结果可用于工程中制定组合导航系统的指标和对陀螺、加速度计的选型。

关键词：合成孔径雷达；运动补偿；组合导航； GPS/IMU中图分类号：TN958 文献标识码：A 文章编号：CN11-1780(2009)03-0041-06引言合成孔径雷达（SAR）作为一种主动式遥感器，能够全天时、全天候地对地进行观测，而且通过设计其工作频率，还能使其对某些地物具有一定的穿透能力，这使其在大地测量、资源探查等领域得到广泛应用。

SAR还可以用在自然灾害的预防和灾害预报方面，以减少灾害带来的损失。

正因为如此，世界各国近年来都投入了大量资金，致力于进一步提高SAR分辨率[1]。

在提高SAR分辨率的技术途径中，“运动补偿”是一项关键技术。

从技术上讲，“运动补偿”主要包括两种方式：一种是基于回波的补偿方式，一种是基于运动传感器测量的补偿方式。

前者是从雷达的回波数据中提取出运动偏差，这种方法能较好地对低频的运动偏差进行补偿；后者则是利用加速度计、陀螺等运动传感器测量天线的姿态和位置偏差，这种方法能较好地对高频误差进行补偿。

一般高分辨率SAR是同时采用两种补偿方法的。

基于GPS/IMU组合导航的运动补偿属于后一种方式，通过对该方案的测量误差的理论推导和仿真分析，可以验证该方案能够很好地测量出天线的高频运动，而其测量残差是低频抛物线式的。

1 运动偏差对成像的影响在SAR成像的理论模型中，假设雷达载机沿理想直线飞行。

sar adc 误差公式

sar adc 误差公式
SARADC误差公式是指对于一种逐次逼近型模数转换器，在转换过程中所产生的误差的计算公式。

该公式通常包括两部分，即基本误差和非线性误差。

基本误差指的是由于操作放大器的有限增益、道路偏置电流、量化噪声等原因导致的误差。

其计算公式通常为：基本误差=（Vref/2^N）×（1/2）×（1+2*INLmax），其中Vref为参考电压，N为比特数，INLmax为差分非线性最大值。

非线性误差则是由于逐次逼近型模数转换器中的校准电路、比较器失调、采样保持电路等因素引起的误差。

其计算公式通常为：非线性误差=（Vref/2^N）×（1/2）×（DNLmax+1），其中DNLmax为差分非线性最大值。

通过计算SAR ADC误差公式，可以全面了解该转换器在实际应用中所产生的误差，从而有助于改进设计和提升性能。

- 1 -。

地基SAR差分干涉测量大气扰动误差校正

‘ ）ＣＪｒｆｒ一（￡ｌ（，ｄ）
（）３
式中，为真空中的光速，射指数是时空函数。Ｃ折
由文献［，］可得，设在地基Ｓ４７假ＡＲ干涉测量中，观测场景中传播介质是均匀的，则折射指数ｎ只与
干涉相位误差的主要来源之一。文献［］出，１得对于地基ＳＢＳＬ系统，２。ｌｋ的距离ＡＲＩＩ— 在０Ｃ，ｍ上，１的湿度时空变化可导致观测值误差约为仅２ｍｍ。因此，效改善大气扰动影响是进一步提有
区域的气象数据来消除大气影响；获取目标区在域的大气气压、温度和湿度后，用对流层大气折利射模型，算出大气折射率的变化来校正大气扰估动误差。ＬｃｉｉＥ出了基于差分相位１ｕａＰｐａ提Ｄ解
灾害现象的长时间监测和预警。地基ＳＡＲ系统具有区域性、天时、天候、点连续监测的优全全定
点，有很好的灵活性和可操作性。因此，基具地ＳＡＲ已成为星载／载ＳＲ形变监测的有效补充机Ａ
近年来，基Ｓ地ＡＲ差分干涉测量技术在形变监测领域取得广泛应用，如对大坝、梁和高塔等桥人造建筑物稳定性的高速率动态监测，地表沉对
降、山体滑坡、崩、川位移和火山活动等自然雪冰

干涉式测向方法的误差的产生分析及消除

⼲涉式测向⽅法的误差的产⽣分析及消除2019-04-26摘要：⼲涉式测向⽅法简介，从测向原理、造成误差的原因多⽅⾯进⾏了深⼊剖析，对于⼲涉式测向产⽣的误差问题，采⽤天线转换连接、增加校正参数的⽅法，验证后获得较好的结果，能够在⼯程实现上解决测向存在的误差。

关键词：⼲涉式测向；伪距测量；基线测量；误差消除⼲涉式测向作为⼀种精确的⽆线电测向⽅法，⼴泛应⽤在军事、科研领域。

利⽤统⼀发射源发射信号，到接收终端统⼀天线阵中两根接收天线的时间差，和这两根天线之间的间距，通过三⾓公式求解，进⽽得到相对⾓，实现相对定位。

1 ⼲涉式测向原理⼲涉式测向原理图如图1所⽰，设两天线的间距为d，以天线连线⽅向为⽅位基准。

当被测⽬标发射源远离测向系统时（天线R0远⼤于d），及发射源到两个测向天线传播⽅向近似于平⾏，两个测向天线接收的⽬标回波路径差ΔR与⽅向⾓θ、基线长度d的关系为ΔR=R2—R1=d sin θ（1）sin θ=■θ=arcsin■式中：ΔR—⽬标回波分别到达两天线的距离差；R2—⽬标到测向天线2的距离；R1—⽬标到测向天线1的距离。

则θ值可以得出，θ即为两根测向天线连线垂线与⽬标点之间夹⾓。

⼲涉式测向原理是依靠测量⽬标到两测向天线的路径差ΔR，达到测量⽬标⽅向⾓的⽬的。

2 ⼲涉式测向的误差分析⼲涉式测向根据原理分析可能引起测向误差的原因有如下⼏点：（1）伪距测量误差⼲涉式测向的根本在于准确测量⽬标点到两根测向天线的路径差ΔR，及准确测量两根天线接收到的⽬标点发射信号的时间差Δt，根据下式：ΔR=cΔt（c为⽆线电波在空⽓中的传播速度，近似为3×105 km/s）；在接收机中以测向天线1所接收到的信号时刻t1计算，接收机时钟在t时刻产⽣⼀个相同的编码测距信号，这个复现的码在时间上移动，⼀直到与测向天线2收到的测距码产⽣相关为⽌，则两根测向天线接收到的测距码和接收机产⽣的复现码相关过程的时间差即为Δt。

机载差分干涉SAR双轨法和三轨法的误差比较分析

ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙｔｏｓｕｒｖｅｙｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎ。Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｈｅｅｒｒｏｒｓｏｆｔｗｏｕｓｕａｌｌｙｕｓｅｄｍｏｄｅｓｏｆｔｈｉｓｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
ｄｅｃｏｍｐｏｓｅｄａｎｄｓｏｒｔｅｄａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｐｒｉｎｃｉｐｌｅｏｆｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｃｅ，ａｎｄｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｍｏｔｉｏｎｅｒｒｏｒａｎｄｏｔｈｅｒｅｒｒｏｒｓｉＳｃｏｎｓｉｄｅｒｅｄ．Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅａｎａｌｙｓｉｓ．ａｎａｌｙｔｉｃａｌｅｘｐｒｅｓｓｉｏｎｓａｒｅｄｅｒｉｖｅｄｆｏｒｔｈｅｄｅｆｏｒｍａｔｉｏｎｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｅｒｒｏｒｓｉｎｔｈｅｔｗｏｍｏｄｅｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｔｈａｔｗｈｅｎｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｍｏｔｉｏｎｅｒｒｏｒｉｓｓｍａｌｌｔｈｅｔｈｒｅｅ — ｐａｓｓａｐｐｒｏａｃｈｃａｎｒｅｄｕｃｅｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｎｔｈｅｐｒｅｃｉｓｉｏｎｏｆｔｈｅｅｘｔｅｒｎａｌｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｄａｔａ，ＳＯｉｔｄｉｓｔｉｎｃｔｌｙｏｕｔｐｅｒｆｏｒｍｓｔｈｅｔｗｏ — ｐａｓｓａｐｐｒｏａｃｈ；ｗｈｅｎｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｍｏｔｉｏｎｅｒｒｏｒｉｓｌａｒｇｅ，ｈｉｇｈ — ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｔｏｐｏｇｒａｐｈｙｄａｔａａｒｅｎｅｅｄｅｄｉｎｔｈｅｔｈｒｅｅ — ｐａｓｓａｐｐｒｏａｃｈ，ａｎｄａｓａｒｅｓｕｌｔ，ｉｔｓａｄｖａｎｔａｇｅｏｖｅｒｔｈｅｔｗｏ — ｐａｓｓａｐｐｒｏａｃｈ

机载差分干涉SAR的误差分析

要影响因素：系统参数误差、相干性和大气效应。系统参数中基线和基线角的误差对差分干涉的精度影响最大，
由此对机载残余运动的补偿提出了很高的要求。相干性分析又对机载差分干涉中形变像对的基线长度提出了严格
的限制条件。和星载ＳＲ一样，机载ＳＡＡＲ同样受到大气的影响。通过计算这些因素的对机载差分干涉精度的影响，给出了机载差分干涉精度的表达式。关键词：机载ＳＡＲ差分干涉；精度；大气效应；相干性
Ｂｅｉｇ１０９，ｈｎ）ｉｎ０１０Ｃｉａｊ（ｒｄａｅＵｉｅｓｔｏｅＣｉｅｅａｅｃｅｃ，ｉｎ００９ＣｉａＧａｕｔｎｖｒｉｆｈｈｎｓｄｍｙｏＳｉｎｅＢｅｉｇ１０３，ｈｎ）ｙｔＡｃｆｊ（ｅｔｒ０ａｓｒａｉｎａｄＤｉｉｌａ，ｈｎｓａｅｆｃｅｃｓＢｅｉｇ１０９，ｈｎ）Ｃｎｅ，ｒＥＣｈＯｂｅｖｔｎｇｔＣｈＣｉｅｅｏａＥＡｃｄｍｙｏｉｎｅ，ｉｎ０１０ＣｉａＳｊ
钟雪莲① ＠向茂生∞ 岳焕印
北京
郭华东㈢
１０９）０１０
ｆ中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室北京
ｆ中国科学院研究生院１０３）００９北京（中国科学院对地观测与教字地球科学中心摘
１０９）０１０
要：该文就机载差分干涉中影响精度的几个重要因素进行了详细的分析，为开展机载差分干涉应用提供理论

基于DPCA的机载SAR系统运动误差及其补偿

ｖｌｉｆｔｉｌｏｉｈｉｅｎｔａｅ．Ｔｈｓｍｅｈｄｃｎｂａｉｅｌｅｎｅｇｎｅｉｇｐａｔｅａｉｔｏｈｓａｇｒｔｍｓｄｍｏｓｒｔｄｄｙｉｔｏａｅｅｓｌｒａｉｄｉｎｉｅｒｎｒｃｉ．ｙｚｃＫｅｏｄ：ａｒｏｎＡＲ；ｄｓｌｃｄｐａｅｃｎｅｎｅｎ（ＣＡ）ｙｗｒｓｉｂｒｅＳｉｐａｅｈｓｅｔｒａｔｎａＤＰ；ｍｏｅｎａｉｒｔｎ；ｕｉｓｌｅｖｍｅｔｌａｉｃｂｏｃｂｃｐｉｎ
ｆｎｃｉｎｕｔ０
问题，以双通道机载ＳＡＲ为对象，通过分析ＤＣＰＡ
ＣａｉｒｔｏｆＭｏｅｎｒｒｏｒｏｎｅＳｌｂａｉｎｏｖｍｅｔＥｒｏｆＡｉｂｒＡＲｙｔｍｓｄＳｓｅＢａｅｏｎＤＰＣＡｃｎｉｕＴｅｈｑｅ
ＨＵｉＬｅ，ＬＩＪｎｇｗｅｉ：ｎ
（ｃｏｌｆＥｌｃｏｉｓｎｎｏｍａｉｎＥｇｎｅｉｇ，ＢＡＡ，Ｂｉｉｇ１０８，ＣｉａＳｈｏｅｔｎｃｄＩｆｒｔｎｉｅｒｎｏｒａｏＵｅｊｎ００３ｈｎ）
ＡｂｔａｔＡａｎｐｒｌｍｆａｒｒｅＳＡＲａｓｄｏｓｒｃ：ｍｉｏｂｅｏｉｂｏｎｂｅｎＤＰＣＡｅｈｎｑｓｔａｔｔｔｃｉｕｅｉｈｈｅｍｏｖｍｅｎｔｂｉｔｅｎｔｉｓａｌｙｉｏａｒｐｌｆｍａｅｈｅｄｓａｉｆｉＰＣＡｏｎｄｔｏｆａｒｄａａｔｏｒｃｕｓｓｔｉｓｔｓｙｎｇｏｆＤｃｉｉｎ．ＴｈｓｐｏｅｃｎｃｓｔｒｏｍａｃｅｌｉｒｂｌｍｏｄｕｅｈｅｐｅｆｒｎｅｄｃｉｎｅｏｌｔｒｓｐｒｓｉｉｂｒｅＳＡＲｙｔｍ．Ｉｈｉａｒ，ｂｅｈｏｌｏｆｄｕ — ｎｔｎｉｂｎｅＳＡＲｆｃｕｔｅｕｐｅｓｏｎｏｆａｒｏｎｓｓｅｎｔｓｐｐｅａｓｄｏｎｔｅｍｄｅａｌａｅｎａａｒｏｒｓｓｅ，ｔａｃｌａｉｎｈｅｙｏｆＤＰＣＡｎｄｔｏｖｍｅｒｏｅａａｙｅＯｎｔｒｎｄｏｆｉｅｐｏａｉｙｔｍｈｅｃｎｅｌｔｏｔｏｒａｈｅｍｅｎｔｅｒｒａｒｎｌｚｄ．ｈｅｇｏｕｎｔｒｌｔｏｎｔｅｙ，ａｅｈｏｒｎｗｃｉａｉｌｏｒｔａｌｂｒｔｏｎａｇｉｈｍｍｏｖｅｅｅｒｓｄｏｎｃｉｐｌｎｕｎｔｏｎｓｒｉｅｆｈｉｏｆｍｎｔｒｏｒｂａｅｕｂｃｓｉｅｆｃｉｉｐｏｖｄｄｏｒｔｓｐｏｂｌｍｈｎｔａｒｐａｆｍｏｖｓｉｔｅｔｅｏｎｉｏｒｃｅｅａｉ．Ｂｙｔｉｕｌｔｏｎｒｓｌｓ，ｔｒｅｗｅｈｅｒｄａｌｔｏｒｍｅｎｈｓａｔｆｕｆｍａｃｌｒｔｏｎｈｅｓｍａｉｅｕｔｈｅ

影响SAR—GMTI系统性能的各种误差因素及校正方法分析

影响SAR—GMTI系统性能的各种误差因素及校正方法分析作者：刘颖来源：《电子技术与软件工程》2016年第07期多通道地面运动目标检测的性能取决于通道间的相干性，多种误差的存在势必对其造成影响。

分析了各种误差因素对SAR-GMTI系统的影响以及相应的误差校正方法，通过实测数据验证了分析的正确性和方法的有效性。

【关键词】地面动目标检测通道误差误差校正1 引言无人机系统的SAR-GMTI工作模式可在场景成像的同时监视运动目标，并显著改善对远程低空和地面慢速运动目标的探测性能，能够对战场态势进行早期预警，对战争的成败起着至关重要的作用。

对于实际的多通道SAR-GMTI系统，误差的存在是不可避免的。

天线方向图不一致、天线相位中心间距的误差、通道特性不一致等因素均会导致通道间杂波对消剩余增加、动目标检测概率降低、动目标定位误差增大等结果，直接影响SAR-GMTI系统的性能。

常规的SAR-GMTI方法主要有相位中心偏置天线技术（DPCA）、空时自适应处理技术和沿迹干涉技术（ATI）等，如果在杂波对消时采用了自适应的处理技术，是可以在一定程度上抵消一部分误差的影响，但并不能完全消除所有误差。

文[8]提出了一种对图像配准误差稳健的地面运动目标检测方法，但在存在空域误差情况下，该方法的性能将下降。

文[9]提出了一种基于多通道SAR-GMTI系统通道均衡技术，但在存在基线测量误差情况下，该方法的定位精度将下降，因此需要对影响SAR-GMTI系统性能的所有误差均进行校正。

本文详细分析了影响SAR-GMTI系统性能的各种误差因素，并给出了相应的误差估计和校正方法，最后通过实测数据验证了分析的正确性和方法的有效性。

2 影响SAR-GMTI的误差因素2.1 带内频率响应误差带内误差指接收机的频率响应误差，在雷达接收机中，含有滤波器、放大器、混频器等子设备，其中任意一种子设备的误差均会导致接收机的频率响应误差，导致系统处理的回波信号与理想的回波信号之间存在偏差。

机载双通道SAR／DPCA误差分析

ｅｒｒ，ｉｒｏｓｎｗｈｉｈａｔｎａｐｓｅｃｎｅｅｏｉｒｏｎｈｎｅｉａｃｒｈｃｎｅｈａｅｔｒｖｌｃｔｅｒｒａｄｃａｎｌｍｓｔｈａｅｔｅｍｏｔｉｐｒａｔｅｒｒ．Ｉｙｍｓｍｏｔｎｒｏｓｎ
ＥｒｒｎｌｓｒｉｏｎｕｌｈｎｅＳＲＤＣｙｔｍｒｏａｉｆｒｒｅａＣａｎｌＡ／ＰＡＳｓＡｙｓｏＡｂＤ－ｅ
ＹａｇＸｉｎｌｎａ－ｉｎＰａｈ — ａｇｎＺｉｇｎＳｅｎｈｎＴｉｇ
机载双通道ＳＲＤＣＡ／ＰＡ误差分析
杨贤林潘志刚沈
北京
汀
１０８１０００
（中国科学院电子学研究所
摘要：ＳＲＤＣ技术是一种简单实用的多通道ＳＲ动目标检测方法，实际应用中会受到各种误差因素的限Ａ／ＰＡＡ运
制，其中影响算法性能最大的两类误差是载机速度误差和通道失衡。该文详细地分析了这两类误差因素对
ｖｌｉｙｅｏｔｃ
１引言
双通道ＳＲＡ距离多普勒数据域ＤＰＡＤｓｌｅｈｅＣ（ｉａｄＰａｐｃｓ
ＣｎｅｔＩｌ１ｅｔｒＡｎｅｌａ算法１是一种简单，实用性强的ＤＰＩ１ＣＡ算
失衡相比，基线长度误差和天线方向图的不一致性对检测性
能的影响要小得多所以木文的误差分析主要考虑载机速

UWB机载SAR方位空变误差精确补偿方法

ＤＥＮＧＨａｉ．ｔａｏ
（ＣＥＴＣ３８ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，Ｈｅｆｅｉ２ｒａｃｔ：
ＵｌｔｒａｗｉｄｅｂａｎｄｈｉｇｈｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎＳＡＲｉｍａｇｉｎｇｒｅｑｕｉｒｅｓｍｏｒｅａｃｃｕｍｕｌａｔｉｏｎｏｆａｚｉｍｕｔｈａｎｇｌｅ．Ｉｎｔｈｅｗｉｄｅｂｅａｍ
ｃａｓｅ．ｔｈｅｒｅｉｓａｇｒｅａｔｄｉｆｆｅｒｅｎｃｅｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｌａｔｅｒｌａａｉｒｂｏｒｎｅｐｌａｔｆｏｒｍｄｉｓｔｕｒｂａｎｃｅｅＩＴ０ｒｒｅｌａｔｉｖｅｔｏｔｈｅｄｉｆｆｅｒｅｎｔａｚｉｍｕｔｈｂｅａｍ
宽带ＳＡＲ的精确成像。
关键词：运动误差；方位谱形成；方位空变误差；运动补偿
中图分类号：ＴＰ７５１文献标识码：Ａ文章编号：１００３－０５３０（２０１４）０２－０２２１－０６
ＡｃｃｕｒａｃｙＣｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎＭｅｔｈｏｄｏｆＡｚｉｍｕｔｈ－ｖａｒｉａｎｔＥｒｒｏｒｉｎＡｉｒｂｏｒｎｅＵＷＢＳＡＲ
ｓａｔｉｏｎｉｓｄｉｉｃｆｕｌｔｔｏｂｅｅｌｉｍｉｎａｔｅｄｉｎＳＡＲｉｍａｇｉｎｇ，ａｎｄｔｈｉｓｅｒｒｏｒＳｅｉｏｒｕｓｌｙａｆｆｅｃｔｅｄｔｈｅｉｍａｇｉｎｇｑｕａｌｉｔｙ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｄｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｄａｎｅｗｍｅｔｈｏｄｗｈｉｃｈｗｏｕｌｄｂｅａｃｃｕｒａｔｅｌｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｅｔｈｉｓｅｒｏｒ．Ｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｍａｄｅｕｓｅｏｆｅｃｈｏａｚｉｍｕｔｈｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｌａｔｉｏｎｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍａｎｄｂｅａｍａｎｇｌｅ．ＢｙｕｓｉｎｇｔｈｅｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｏｆＤＦＴｔｒａｎｓｆｏｍｒａｎｄｍｏｔｉｏｎｅｒｒｏｒｃｏｍｐｅｎｓａｔｉｏｎｔｈｉｓｍｅｔｈｏｄｃａｎａｃｃｕｒａｔｅｌｙｒｅｍｏｖｅｐｈａｓｅｅｒｒｏｒｏｆｄｉｆｅｒｅｎｔａｚｉｍｕｔｈｏｆｔａｒｇｅｔｄｕｉｒｎｇａｚｉｍｕｔｈｓｐｅｃ — ｔｎｍｒｆｏｍｉｒｎｇ．Ｅｘｐｅｉｒｍｅｎｔａｌｒｅｓｕｌｔｓｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｅｄｔｈａｔｔｈｉｓａｌｇｏｉｔｒｈｍｃａｎｅｆｅｃｔｉｖｅｌｙｃｏｍｐｅｎｓａｔｅａｚｉｍｕｔｈｖａｒｉａｎｔｅｒｏｒｄｕｉｒｎｇ

机载干涉SAR定标模型与算法研究（信号与信息处理专业优秀论文）

⸕䇶≤ඍ#SRORJRRJOH⸕䇶≤ඍ#SRORJRRJOH中国科学院电子学研究所博士学位论文杌载干涉ＳＡＲ定标模型与算法研究Ｐ—Ａ＝ｒ丑氏（Ｐ一月）∽－Ａ）一２２—Ｆ可一（２．１）（２．２）式中，丑为波长，厶为多普勒频率。

式（２．２）表示一个以天线为锥顶、以雷达和物体的相对速度向量为对称轴、锥角比例于多普勒频率的锥，物体位于该锥面上。

结合雷达测距原理可知，目标位于距离球表面和多普勒锥表面的交线上［３３，３４１。

由于ＳＡＲ仅仅能够实现对地形的二维高分辨，无法提供地形的第三维信息一高程信息，因此，在目标定位中均假设目标位于同一高度的假定平面上，即目标位置由距离球、多普勒锥和假定参考平面的交点给出，如图２．２所示。

／，，图２．１ＳＡＲ成像几何关系图２．２ＳＡＲ目标定位原理２．２．２基于雷达立体成像技术的ＳＡＲ高程测量基于雷达立体成像技术的ＳＡＲ高程测量几何关系如图２．３所示，为简便起见，我们给出的几何关系为平地模型下的几何关系。

通过由基线隔离的两幅天线对地形进行观测，视角的变化直接反映了地形高程的变化‘３５】。

在常规ＳＡＲ中，，ｌ仅能反映目标和雷达的距离，无法提供高程信息，通过‘的测量，利用成像几何关系，可以对视角臼进行估计，进而得到目标的高程信息，目标点的三维位置由分别以两天线为球心、以‘，一为半径的距离球和ｙ—ｚ平面的交点确定，如图２，４所示。

基本关系如下芎＝‘２＋ｂ２＋２ｒ．ｂｓｉｎ（０一眈）（２．３）中国科学院电予学研究所博士学位论文机载干涉ＳＡｔ／定标模型与算法研究系进行描述，两副天线分别位于Ａ。

和Ａ：，６为基线向量，０为雷达视角。

为获得地形的第三维信息，干涉ＳＡＩｌ在ＳＡＲ两个基本测量量的基础上引入干涉相位的测量。

干涉ＳＡＲ的基本关系蔓ｊ［２７，３２１６＝Ａ２一Ａ，（２．６）ＪＰ一＿Ｊ一（２．７）型ｉ：一（Ｐ－Ａｔ）＇（Ｐ－Ａ，）（２．８）２ｌＰ—Ａ。

ｌ。

２厅Ｑ（ｒ２一，ｉ）ｐ＝————－＿／Ｌ式中Ｑ：１对应于单发双收的“标准”模式；Ｑ：２对应于重复轨道干涉ＳＡＲ或“乒乓”模式。

SAR干涉技术与干涉系统

四个星载SAR干涉测量技术1.干涉SAR（InSAR）测量把以DEM测量为主要应用的SAR干涉测量技术称为InSAR技术。

它利用雷达向目标区域发射微波，然后接收目标反射的回波，得到同一目标区域成像的SAR 复图像对，若复图像对之间存在相干条件，SAR复图像对共轭相乘可以得到干涉图，根据干涉图的相位值，得出两次成像中微波的路程差，从而计算出目标地区的地形、地貌以及表面的微小变化，可用于数字高程模型建立、地壳形变探测等。

2.差分SAR干涉（D-In SAR）测量Differential SAR Interferometry1993 年Massonnet等人在《自然》上发表了研究1992年在美国加州的Landers 的地震学术论文，用“两轨法”差分干涉测量技术获取的相对精度达毫米级的地震形变图像，在国际学术界引起轰动。

随后又提出“三轨法”差分干涉测量技术。

“两轨法”差分干涉测量技术无需进行相位解缠，但需要额外的DEM数据信息，可能在引入DEM数据的同时引入误差。

“三轨法”无需而外的DEM信息，数据间的配准也较易实现。

D-In SAR技术不仅用于地震形变监测，还用于火山活动检测。

3.永久散射体SAR干涉（PS-In SAR）测量Permanent Scatter SAR Interferometry 1999年，Ferretti提出PS-In SAR。

通过提取时间序列上保持稳定的ps点和对其相位进行时间、空间上的分析、分解，得到了包括高程修正量、地表运动率、大气相位和地表相位在内的多个相位成分。

永久散射体是指在长期保持较高相干性且体积小于像元尺寸的散射体。

PS-In SAR最大程度上降低了大气效应对SAR干涉测量的影响，提高了SAR数据的利用率和处理精度。

PS-In SAR空间采样率高，测量精度高，大面积测量成本低，GPS时间采样率高，水准测量结果可靠性高。

PS-In SAR在地表沉降方面具有很好的效果。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

第32卷第4期电子与信息学报Vol.32No.4 2010年4月Journal of Electronics & Information Technology Apr. 2010机载差分干涉SAR的误差分析钟雪莲①②向茂生①岳焕印①郭华东③①(中国科学院电子学研究所微波成像技术国家级重点实验室北京 100190)②(中国科学院研究生院北京 100039)③(中国科学院对地观测与数字地球科学中心北京 100190)摘要：该文就机载差分干涉中影响精度的几个重要因素进行了详细的分析，为开展机载差分干涉应用提供理论基础。

首先考虑机载差分干涉算法流程中引入的误差，指出必须利用外部DEM(Digital Elevation Model)计算本地视角才能实现高精度的形变反演。

随后，重点讨论了影响差分干涉SAR (Synthetic Aperture Radar) 的几个重要影响因素：系统参数误差、相干性和大气效应。

系统参数中基线和基线角的误差对差分干涉的精度影响最大，由此对机载残余运动的补偿提出了很高的要求。

相干性分析又对机载差分干涉中形变像对的基线长度提出了严格的限制条件。

和星载SAR一样，机载SAR同样受到大气的影响。

通过计算这些因素的对机载差分干涉精度的影响，给出了机载差分干涉精度的表达式。

关键词：机载SAR差分干涉；精度；大气效应；相干性中图分类号：TN959.73 文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2010)04-0941-07 DOI: 10.3724/SP.J.1146.2009.00377Error Analysis for Airborne Differential SAR Interferometry Zhong Xue-lian①② Xiang Mao-sheng①Yue Huan-yin① Guo Hua-dong③①(Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences, National Key Laboratory of Microwave Imaging Technology,Beijing 100190, China)②(Graduate University of the Chinese Academy of Science, Beijing 100039, China)③(Center for Earth Observation and Digital Earth, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China)Abstract: This paper mainly analyzes the important factors that influence the accuracy of airborne differential SAR interferometry. The error induced by the processing procedure of differential SAR interferometry is first considered, and it is point out that external DEM is indispensable to achieve high accuracy in detecting and monitoring deformations of the earth’s surface. Then several factors, i.e. system parameters, coherence and atmosphere, are discussed in detail. Among these factors, baseline length and orientation play a much more crucial role, and that means high quality of motion compensations are necessary. By connecting the coherence with the accuracy of airborne SAR differential interferometry, the flight path for repeat-pass interferomtery have to be precisely controlled to meet the baseline requirement. Similar to spaceborne SAR, Airborne SAR also suffers atmosphere effect. After discussing all these factors, the mathematical expressions of the accuracy are presented for airborne differential SAR interferometry.Key words: Airborne differential SAR interferometry; Accuracy; Atmosphere effect; Coherence1引言目前，星载SAR干涉测量的理论研究已经成熟，正在向实用化的方向发展。

但是，重访周期长，数据分辨率低，形变观测受轨道的限制且基线不可控，这些缺点使得星载差分干涉在监测快速或精度要求较高的地表形变时受到极大的限制。

而机载2009-03-23收到，2009-10-09改回国家863计划项目(2007AA120302)和国家973计划项目(2009CB72400304)资助课题通信作者：钟雪莲 sherryzxl@ SAR系统正好可以弥补星载SAR系统的上述不足。

它具有良好的机动性，分辨率高，不受飞行轨道的限制。

借助于高精度的DGPS/INS或IMU导航系统，机载重轨干涉的基线长度完全可以控制在几米至十几米的范围内，减小了几何去相干的影响。

这些优势使得机载差分干涉在地表形变(如滑坡、地面沉降、火山、地震等)的监测中具有广阔的应用前景。

鉴于这一点，有必要开展机载差分干涉SAR的理论和试验研究。

不同于机载双天线系统获取数字地面高程，机942 电子与信息学报第32卷载形变监测必然涉及到机载重轨干涉，而重轨使得研究的问题复杂化了。

各国在该领域的研究也正处于起步阶段。

Rosen 等人提出将SAR 系统装载在无人机上监测火山、地震、泥石流等快速形变地区[1]，但该计划仍处于论证阶段。

就公开发表的文献来看，目前只有DLR 和意大利正在开展机载差分干涉的试验和研究工作[26]−。

他们的研究重点主要集中在机载运动补偿上，却没有涉及从总体上分析机载差分干涉的精度。

本文主要就这一点展开讨论，为开展机载差分干涉应用提供理论分析的基础。

讨论的重点有两个方面：干涉处理算法流程中引入的误差；外界因素造成的误差，如系统参数、相干性、大气效应等。

在分析多种误差效应的基础上，给出了机载差分干涉精度的表达式。

2 差分干涉算法流程中引入的误差如果不考虑长时序的情形，差分干涉SAR 可以根据所需SAR 图像的数目，分为2轨、3轨和4轨差分干涉。

2轨差分干涉需要外部DEM 的加入，DEM 的精度也会影响差分干涉的精度。

对于图1所示的机载SAR 干涉的几何关系，利用2轨差分干涉得到的地表形变为(diff defo 4λρφρπ=−− (1)其中diff ρ表示计算的形变量，defo φ为形变像对的干涉相位，其它参数见图1。

将式(1)对高程h 求导，就可以得到DEM 精度对差分干涉的影响：diff 112cos()2sin B d B d dh ρθαθρρρθ⊥−−−== (2)可以看出，视角θ越小，垂直基线B ⊥越大，高程误差的影响也越大，且与SAR 系统的工作波长无关。

计算不同基线角α下，DEM 误差引起的2轨差分误差(见图2)。

从图中看到，要达到mm 级的形变监测精度，DEM 的精度必须达到1 m 以上，如此高精度的DEM 通常是难以获取的。

相比较而言，常规的3轨差分干涉处理较为简单，本文主要以3轨差分为例进行讨论。

星载差分干涉SAR 处理中，为了避免获取本地视角，通常都需要进行去平地效应。

同样利用图1中的几何关系，以12φ，13φ分别表示形变像对和地形像对生成的干涉相位。

13φ去平地后的相位为13flat φ=+ (3) 其中1B 、1α分别是地形像对的基线和基线角，θ是实际的视角，fe θ是平地上的视角。

对式(3)在fe θ附近做θ的泰勒级数展开，得到[7]1113flatcos()4()fe fe B ρθαπφθθλρ−=− (4) 其中1'ρ=。

同理，也12flat 。

假设12B B =，那么差分干涉相位diff φ为(()diff 2122122218cos()cos sin 22sin 2fe fe fe ''B h πφλααααρθαθθθρρ=−+−Δ−−⋅⎛⎞+⎟⎜⎟⎜⎟⎜⎝ (5)这里，2'ρ=h Δ是实际高程情形下，式(5)就表示由于去平地方法而引入的形变误差(见图3)。

近距处的误差巨大，究其原因，主要是机载平台实际视角与计算的视角差异太大，而在星载情况下，几百米的高程差异引起的形变误差不到1 mm 。

因此，对于机载平台来说，实现高精度的3轨差分干涉，不能采用去平地的方法，而必须考虑目标的本地视角。

本文直接使用Macedo 等人提出的方法，亦即减去地形引起的相位，利用残余相位进行计算[7]13resi 13φφ=+ (6) 13resi φ是地形像对的残余相位，topo θ是通过外部DEM 计算出的视角。

同样可以计算形变像对的残余相位12resi φ。

这样，可以通过式(7)来获得差分干涉的相位：diff 12resi 13resi q φφφ=− (7) 这里，2topo 21topo 1cos()cos()B q B θαθα−=−。

这样就可以利用精度不高的外部DEM 进行高精度的地表形变反演。

这点将在3.1节中进一步说明。

3 影响干涉SAR 的几个重要因素第2节在分析算法流程对差分干涉的影响时，认为各条件都是理想的，而实际情况中，仪器测量误差、相干性、大气效应等因素的影响是必须要考虑的。

下面就这些误差进行分析。

3.1 系统参数在差分干涉过程中，会由于各种系统参数测量的误差而影响差分干涉测量的最终精度，主要有：第4期钟雪莲等：机载差分干涉SAR 的误差分析 943图1 机载SAR 干涉的简单几何关系图图2 两轨差分中由于DEM 误差引起的图3 去平地效应引起的形变误差(载机高度 (H 是载机高度，ρ，1ρ分别是主、辅形变误差(载机高度7 km ，斜距8.5 km ， 7 km ，目标实际高程100 m ，1B =2B =10 m, 图像与目标间的斜距，B ，α分别是基基线20 m ，实际高程100 m) 基线角1α＝－70D，2α＝50D) 线长和基线角，目标高程为h )斜距ρ，地形像对的基线1B 、基线角1α，形变像对的基线2B 、基线角2α，外部高程h ，载机高度H 以及相位误差。