基線特征對天基雙天線InSAR性能的影響分析

《基線特征對天基雙天線InSAR性能的影響分析》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在學術論文-天天文庫。

1、第18卷第6期載人航天Vo1．18No．62012年11月MannedSpaceflight7基線特征對天基雙天線InSAR性能的影響分析孫造宇，董臻(國防科學技術大學電子科學與工程學院，長沙410073)摘要天基雙天線InSAR以空間站等為平臺，其基線特征對系統(tǒng)干涉測高性能有重要影響。針對姿態(tài)變化、振動和基線測量誤差三個影響干涉測高性能的主要因素開展分析，可以得出姿態(tài)變化和天線桿振動引起的基線變化會造成干涉相干性的變化、圖像相位變化等，進而影響干涉測高，圖像相位變化引起的干涉相位變化是其中主要影響因素，為了對其進行補償，需要高精度的基線測量。仿真結果驗證了理論上的分析。關鍵詞基線；姿

2、態(tài)；振動；測量；InSAR．；影響分析中圖分類號：TN957文獻標識碼：A文章編號：1674—5825(2012)06—0007—06適合的平臺為空間站、航天飛機以及大型衛(wèi)星等。1引言由于空間站、航天飛機等平臺所處的軌道較低，天基干涉合成孔徑雷達(InterferometrieSyn—存在較大的空氣動力干擾阻力，會對平臺的姿態(tài)穩(wěn)theticApertureRadar，SAR，InSAR)~,夠獲取全球的定造成較大的影響，進而影響基線姿態(tài)穩(wěn)定度。姿態(tài)數字高程模型，同傳統(tǒng)光學測繪系統(tǒng)相比，天基In—的變化會影響干涉測高的性能。為了保持平臺的姿SAR系統(tǒng)具有全天候、全天時、大范圍對地觀測獲取

3、態(tài)穩(wěn)定，需要周期性地對平臺進行調姿，姿態(tài)的突變數字高程模型(DigitalElevationModel，DEM)的優(yōu)會造成支撐天線桿的振動，引起測高誤差。本文將對點。自1974年InSAR技術被提出以來，它就獲得了這兩種基線誤差影響進行分析。另外，進行干涉測高極大的發(fā)展。現有的天基InSAR包括多航過體制、編需要精確的基線長度及姿態(tài)信息，因此需要姿態(tài)及隊體制和雙天線體制。雙天線體制采用單平臺，基線基線長度的測量系統(tǒng)，SRTM即采用了姿態(tài)與軌道確固定，因此能快速獲取DEM。2000年美國首次實現定系統(tǒng)(AttitudeandOrbitDeterminationAvionics，了天基雙天

4、線InSAR任務，即航天飛機雷達地形測AODA)?；€信息測量的精度也會影響測高性能，這繪使命(ShuttleRaderTopographyMission，SRTM)[11，也是本文的一項分析內容。在“奮進”號航天飛機上裝載一根長約60m的天線桿2天基雙天線InSAR模型構成InSAR基線伸展臂，位于基線臂兩端的雷達構成InSAR傳感器。2000年2月SRTM歷經1ld獲取天基雙天線InSAR進行干涉測高是利用在交軌80％的地球陸地觀測數據，成功完成使命，是InSAR向分開的兩部天線獲取兩幅SAR圖像，圖像具有相發(fā)展歷史上的里程碑。SRTM采用的天基雙天線體制干性，能夠進行干涉處理，干

5、涉得到的相位圖包含高是一種有較高實用價值的天基InSAR體制，這種體程信息，提取高程信息可以構建DEM。雙天線在交制的系統(tǒng)由平臺內主天線、平臺外輔天線以及支撐軌向分開的距離即為基線，基線是干涉測高中的關天線桿構成，這種體制要求維持平臺姿態(tài)穩(wěn)定，因此鍵因素，合適的干涉基線可以保證圖像的相干l生并收稿日期：2011-12—26；修回日期：2012—07—20作者簡介：孫造宇(1978一)，男，博士，講師，主要從事星載SAR／InSAR系統(tǒng)論證及信號處理研究工作。E-mail：sun_zyu@163．com8載人航天第18卷盡量降低誤差傳遞。因此天基雙天線InSAR中。利用3姿態(tài)引起的基線變

6、化對測高的影響基線需求來確定天線桿的長度。天線桿連接主、輔天線，構成測繪系統(tǒng)，其觀測幾何如下：由于外部的干擾，平臺姿態(tài)會發(fā)生變化，姿態(tài)的變化是一個緩變過程，因此在一幅圖像測繪的時間內用下述的線性模型表示：=Ooi訛t，i=1，2，3(2)其中，下標i為1、2、3時分別表示滾動角、俯仰角、偏航角，為初始姿態(tài)，k為姿態(tài)穩(wěn)定度。姿態(tài)的變化會造成基線矢量的變化，基線矢量指平臺內主天線指向平臺外輔天線的矢量，在平臺本體坐標系下，此矢量固定，設為B。此矢量在場景坐標系下表示為：圖1雙天線InSAR觀測幾何B=A出AB6(3)上圖中，S。、s分別為主、輔天線。觀測幾何中各其中，A表示地心固連坐標系到

7、場景坐標系的轉換角度在場景坐標系XYZ中定義，場景坐標系定義為矩陣，A表示平臺軌道坐標系到地心固連坐標系的軸指向為平臺相對于地面速度方向，此相對速度轉換矩陣，A表示平臺本體坐標系到平臺軌道坐標是衛(wèi)星速度與地球自轉速度的合成，l，軸指向切于系的轉換矩陣，它與姿態(tài)相關嘲：地面，z軸與、y軸滿足右手系。圖中yz平行Ab=R3R1g于XYZ。B為總基線長，BB分別為水平、垂直基cos03一sin030COS0線長，為基線與XY平面的夾角在YZ平面的投R