【摘要】：無(wú)人機(jī)(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)載微小型合成孔徑雷達(dá)(Miniature Synthetic Aperture Radar,Mini SAR)遙感系統(tǒng)是有人航空遙感和航天遙感手段的有效補(bǔ)充,具有高分辨率、低成本、機(jī)動(dòng)靈活、數(shù)據(jù)獲取周期短等特點(diǎn)。在測(cè)繪公益項(xiàng)目的支持下,參與了新型無(wú)人直升機(jī)載Mini SAR遙感系統(tǒng)的集成以及配套的數(shù)據(jù)處理軟件的開發(fā),解決了原始數(shù)據(jù)獲取及圖像輸出的相關(guān)問(wèn)題。但是,低精度小型慣性測(cè)量單元(Inertial Measurement Unit,IMU)從多個(gè)方面影響無(wú)人直升機(jī)載Mini SAR遙感系統(tǒng),一定程度上制約了系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。文章通過(guò)對(duì)Mini SAR原始數(shù)據(jù)成像的研究,采用系統(tǒng)中小型定位定姿系統(tǒng)(Miniature Positioning and Orientation System,MPOS)進(jìn)行初次運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。在成像過(guò)程中,采用波數(shù)域算法實(shí)現(xiàn)高分辨率Mini SAR成像,并利用相位梯度自聚焦算法進(jìn)行二次運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。在無(wú)專業(yè)標(biāo)定設(shè)備的情況下,利用MPOS實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)估算載機(jī)軌道參數(shù)的測(cè)量誤差,最終實(shí)現(xiàn)Mini SAR圖像的定位精度評(píng)定。文章的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)無(wú)人直升機(jī)載Mini SAR遙感系統(tǒng)集成根據(jù)無(wú)人機(jī)直升機(jī)平臺(tái)的飛行特點(diǎn)以及Mini SAR成像所需的條件,設(shè)計(jì)了專業(yè)的防振動(dòng)云臺(tái)用于連接無(wú)人直升機(jī)與Mini SAR系統(tǒng),云臺(tái)采用三維等剛度減震器削弱或消除無(wú)人直升機(jī)高頻振動(dòng)對(duì)Mini SAR系統(tǒng)造成的影響。并加裝微波吸收材料用于保護(hù)射頻天線。(2)Mini SAR系統(tǒng)原始數(shù)據(jù)處理相位誤差直接影響Mini SAR成像質(zhì)量,文章利用MPOS進(jìn)行初次運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償。采用波數(shù)域成像算法實(shí)現(xiàn)高分辨率Mini SAR成像,在成像過(guò)程中利用相位梯度自聚焦算法進(jìn)行二次運(yùn)動(dòng)誤差補(bǔ)償,提高成像質(zhì)量。最終得到斜距分辨為0.3m×0.3m的Mini SAR影像。根據(jù)無(wú)人直升機(jī)飛行狀態(tài)不穩(wěn)定以及MPOS測(cè)量精度低等問(wèn)題,開發(fā)了配套的數(shù)據(jù)系統(tǒng)。(3)Mini SAR圖像定位精度評(píng)定地面控制點(diǎn)計(jì)算、擬合軌道參數(shù)、模擬Mini SAR影像無(wú)法準(zhǔn)確獲取Mini SAR圖像定向參數(shù)。文章利用多項(xiàng)式插值MPOS數(shù)據(jù)的方法獲取定向參數(shù)。根據(jù)誤差傳播定律與距離-多普勒定位模型,MPOS的測(cè)量誤差直接影響Mini SAR圖像定位精度。在沒(méi)有專業(yè)標(biāo)定設(shè)備的情況下,本文以誤差理論為基礎(chǔ),根據(jù)MPOS數(shù)據(jù)平面測(cè)量值近似相等的特點(diǎn),提出應(yīng)用雙觀測(cè)值之差求取觀測(cè)值中誤差。Mini SAR圖像定位精度的估計(jì)值為0.3m,并利用實(shí)測(cè)控制點(diǎn)進(jìn)行驗(yàn)證。雙觀測(cè)值中誤差估算方法為MPOS的精度標(biāo)定提供了新的研究思路和方法,對(duì)其它領(lǐng)域同類型數(shù)據(jù)的精度指標(biāo)評(píng)定具有一定的參考價(jià)值。全面分析低精度MPOS對(duì)Mini SAR成像、圖像定位及定位精度的影響,利于推動(dòng)無(wú)人機(jī)載Mini SAR遙感系統(tǒng)的廣泛應(yīng)用。
【圖文】：

圖 2-1 Mini SAR 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)Fig.2-1 Mini SAR data acquisition system無(wú)人機(jī)載Mini SAR遙感系統(tǒng)主要包括：Mini SAR系統(tǒng)、IMU慣性導(dǎo)航設(shè)備、GPS 天線、無(wú)人機(jī)平臺(tái)等設(shè)備。以災(zāi)害應(yīng)急、地形測(cè)繪實(shí)際應(yīng)用為導(dǎo)向，本節(jié)主要介紹無(wú)人直升機(jī)載 Mini SAR 遙感系統(tǒng)中主要設(shè)備的選擇標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)參數(shù)，解決硬件集成過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題。2.1 Mini SAR 系統(tǒng)2.1.1 Mini SAR 成像模式根據(jù)合成孔徑雷達(dá)波束的照射方式，SAR 的成像模式可分為聚束模式(Spotlight SAR)，條帶模式(Strip map SAR)，掃描模式(Scan SAR)，以及在聚束模式和掃描模式上改進(jìn)的滑動(dòng)聚束模式(Sliding Spotlighting)和 TOPS/Inverse TOPS 模式(Terrain Observation by Progressive Scans)等[95,96]。上述 SAR 成像模式之間的區(qū)別，見圖 2-2。

16圖 2-2 SAR 成像模式Fig.2-2 SAR imaging mode聚束模式：通過(guò)控制雷達(dá)天線方位向的波束指向來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)特定目標(biāo)區(qū)域觀測(cè)，，用于增加合成孔徑的長(zhǎng)度提高方位向分辨率。聚束模式短時(shí)間內(nèi)有限，單通道上提供更多的視角，可對(duì)重點(diǎn)區(qū)域或感興趣的目標(biāo)進(jìn)行詳成像。條帶模式：條帶成像模式最簡(jiǎn)單，天線發(fā)射的波束指向不變，能夠連續(xù)像。合成孔徑長(zhǎng)度受限，成像分辨率低于聚束模式。
【學(xué)位授予單位】：河南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：P237

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2706393