论文部分内容阅读
对于双天线InSAR系统,可以通过增加干涉基线长度的方式来获得高精度的数字高程模型,但是实现难度较大,需要攻克多项技术难关。采用长基线结构时,系统的干涉基线一般呈柔性结构而不能保持稳定。由于柔性基线结构出现的变形和抖动将导致天线的位置和姿态发生变化,严重影响雷达成像质量和干涉测量精度。因此如何在测绘过程中实现对柔性基线高精度的动态测量,是提高干涉测量性能的关键。
论文围绕着柔性基线的实时高精度测量方法展开研究与讨论,重点从基线测量误差建模与特性分析、合作目标实时高精度定位、基线测量实时解算方法和多传感器数据同步采集与实时处理等方面展开了深入研究。论文的主要工作和创新点包括以下几个方面:
(1)基于双天线InSAR基线测量的数学模型,推导了基线矢量和天线波束指向的误差表达式。在详细分析了影响基线长度、基线角和天线波束对准精度的误差源特性的基础上,给出了误差指标分配结果,为基线测量总体参数设计提供理论依据。
(2)针对CCD相机合作目标快速高精度中心定位的需求,提出了一种基于非极大值抑制的亚像素快速定位方法。通过改善非极大值抑制方法中的梯度幅值比较方法对边缘进行细化,采用Zemike正交矩算子对边缘进行亚像素定位,将拟合的目标中心定位精度提高到原来的两倍。基于合作目标特性,通过三角搜索原则对目标匹配算法进行优化,并采用快速中值滤波算法以提高运算效率。仿真目标图像和精密转台精度验证实验结果表明了算法的高效性和定位精度。
(3)针对现有单像空间后方交会解算方法在应用于基线测量技术时所存在的初值依赖性强、解算精度低的问题,提出了一种基于距离约束的空间后方交会解算方法。该方法采用距离方程对空间后方交会模型进行约束,并引入阻尼因子保证求解的稳定性来改善外方位元素的求解精度,从而提高了基线测量解算的精度。同时,分析了系统标定误差、模型参数、激光测距仪测量误差、标志点分布对算法解算精度的影响,给出了三个标志点的最优分布,为基线测量系统的实际结构设计提供理论参考依据。
(4)针对基线测量高速实时采集与处理的需求,设计并实现了一种基于FPGA+PCI+DSP的实时数据采集处理系统。在对系统技术指标论证分析的基础上,给出了系统硬件关键功能模块的设计方案及仿真结果,并基于VC++设计出一套基线测量主机端控制软件。硬件和软件测试结果表明,该系统可以实现多传感器数据同步采集、基线测量实时解算与显示、数据高速存储与后处理等功能,能够有效解决基线测量系统数据数据输出量大,处理算法复杂和实时性要求高等难题。
(5)针对基线测量中原有的相对精度评估方法评估精度不可靠的问题,提出了一种绝对测量精度评估方法。该方法采用高精度激光跟踪仪作为测量精度验证系统,得到测量值的参考真值,并建立了激光跟踪仪和基线测量系统之间的关联模型,从而得到基线测量系统的绝对测量精度。由于和高精度测量系统的参考真值进行比较,该方法评估的测量精度更真实可靠。动态地面实验结果验证了本文提出的基于距离约束的基线测量解算方法的有效性。该方法所测得的基线长度和基线角精度分别达到毫米和角秒级,能够有效地满足双天线干涉SAR系统的指标要求。