CN110488229A - 一种双多基前视成像时频空同步方法 - Google Patents

一种双多基前视成像时频空同步方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及实时成像技术领域，公开了一种双多基前视成像时频空同步方法。该方法通过GPS信号获取时钟源，基于PPS秒脉冲使发射平台和接收平台时频同步；在时频同步情况下获取发射平台和接收平台的初始位置信息；在将初始位置信息和惯性测量的结构进行滤波获取精确的位置信息；通过过测量接收/发送平台的姿态及运动信息，采用离散脉冲追赶方法，计算接收波束的指向角度计算出接收波束指向。上述方案完成了发射机与接收机之间时间、空间、频率上的同步，为获得高分辨率的双基前视SAR图像奠定基础。

Description

一种双多基前视成像时频空同步方法
技术领域
本发明涉及实时成像技术领域，具体涉及一种双多基前视成像时频空同步方法。
背景技术
双基前视合成孔径雷达(SAR)作为一种特殊的双基地合成孔径雷达模式，前视双基SAR系统能够对飞行正前方的目标实现高分辨率成像，消除了斜视模式下成像的固有盲区，由于目标位于接收机飞行的正前方，前视双基SAR在分辨率特性和成像原理上都有其特殊性。具有配套灵活多变、抗干扰、隐身性强的优点，逐渐成为各军事强国的研究热点。
双基SAR系统由于收发平台分置，实现一发双收或者一发多收，可应用于机载、星载、弹载等平台中。“时频空”同步系统提供成像的必要条件，空间同步主要影响目标回波有无和图像信噪比，对定位结果影响表现为构型的准确性，时间同步解决收发平台的时序对准问题，直接决定测距精度。同时，时间同步还影响信号方位向的调频特性，时间同步较差时导致方位向聚焦效果变差。频率同步主要保证两平台独立的频率源相参，以避免信号不能相参积累导致无法成像和定位。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供了一种双多基前视成像时频空同步方法。
本发明采用的技术方案如下：一种双多基前视成像时频空同步方法，包括以下过程：
步骤S1，双多基平台的发射平台和接收平台获取来自GPS信号的时钟源，并通过时间频率同步模块实现发射平台和接收平台的时频同步；
步骤S2，在时频同步的前提下，双多基平台通过GPS接收机，初步获取发射平台和接收平台的位置信息；
步骤S3，通过惯性元件测量双多基平台相对于惯性坐标系的加速度，在获知初始位置和速度后，对加速度进行二次积分计算当前速度信息和位置信息；
步骤S4，步骤S2中GPS测得的发射平台和接收平台位置信息与步骤S3中惯性测量的信息一起进行滤波，获得修正后的发射平台和接收平台空间坐标；
步骤S5，双多基平台通过测量发射平台和接收平台的姿态及运动信息，采用离散脉冲追赶方法，计算接收波束的指向角度。
进一步的，所述步骤S1中，时钟源的获取方法为：发射平台和接收平台的GPS授时接收机接收到GPS卫星信号，输出PPS秒脉冲和10Mhz信号；时间频率同步模块用PPS秒脉冲驯服恒温晶振，通过10倍倍频器输出100Mhz时钟信号做为时钟源。
进一步的，双多基平台的射频前端模块通过锁相环，去锁定时间频率同步模块输出100Mhz信号，再通过倍频器输出前端工作需要的各种频率的时钟信号。
进一步的，所述步骤S4中，通过卡尔曼滤波器进行滤波。
进一步的，所述双多基前视成像时频空同步方法还包括：根据接收到的回波波束，对目标进行成像定位，将处理后的数据发给发射平台，根据接收到的回波数据对发射平台的波束指向进行实时调整。
与现有技术相比，采用上述技术方案的有益效果为：采用本发明的技术方案通过GPS信号获取时钟源，基于PPS秒脉冲使发射平台和接收平台时频同步，并获取时频同步下发射平台和接收平台的初始位置信息；在将初始位置信息和惯性测量的结构进行滤波获取精确的位置信息，计算出接收波束指向，完成发射机与接收机之间时间、空间、频率上的同步，为获得高分辨率的双基前视SAR图像奠定基础。
附图说明
图1是本发明双多基前视成像时频空同步方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步描述。
本时频空同步方法，在双多基平台应用中，以载机-弹为例，利用固定翼载机的惯性稳定性和随动平台一起确保雷达系统有一个稳定的天线指向。辅以高精度的惯性导航系统和GPS定位实时监测平台的运动参数及位置参数，载机作为发射平台，弹作为接收平台。时频空同步方法如图1所示：
(1)双多基平台的发射平台载机和接收平台弹的GPS授时接收机分别接收到GPS卫星信号，输出PPS秒脉冲保证发射和接收的时序同步和10Mhz信号；
(2)时间频率同步模块用PPS秒脉冲驯服恒温晶振确保发射端和接收端的频率具有相干性，保障频率同步；再通过10倍倍频器输出100Mhz时钟信号做为时钟源。这时载机和弹均获得一个100Mhz的时钟源。
(3)通过时间频率同步模块实现载机和弹的时频同步；
双多基平台的射频前端模块通过锁相环，去锁定时间频率同步模块输出100Mhz信号，再通过倍频器输出前端工作需要的各种频率的时钟信号，例如：A/D转换400Mhz信号，DDS芯片1Ghz信号，PPS秒脉冲用于标定载机和弹平台之间的时间同步。
(4)在时频同步的前提下，双多基平台通过GPS接收机，初步获取载机和弹的坐标；
(5)通过惯性元件测量双多基平台相对于惯性坐标系的加速度，在获知初始位置和速度后，对加速度进行二次积分计算当前速度信息和位置信息；惯性系统有着不依赖外部信息的优点。
(6)通过卡尔曼滤波器，将(4)中GPS测得的载机和弹的坐标与(5)中惯性测量的信息一起进行滤波，获得修正后的载机和弹的空间坐标；
(7)利用姿态测量系统测量载机和弹的姿态及运动信息，这些信息将用来为天线伺服提供准确的控制信息，载机平台将自身的位置坐标天线指向等信息传送给接收的弹载平台，弹载平台依据获取的发射波束的位置，采用离散脉冲追赶方法，计算接收波束的指向角度，在接收波束偏差范围内形成多个离散接收波束实现空间同步，控制接收天线和发射天线波束覆盖同一区域。
另外，还可以根据接收到的回波，对目标进行成像定位，将处理后的数据发给载机平台，载机平台根据接收到的回波数据对发射波束指向进行实时调整，使其始终覆盖目标区域，最终实现空间时刻同步。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。如果本领域技术人员，在不脱离本发明的精神所做的非实质性改变或改进，都应该属于本发明权利要求保护的范围。

Claims (5)

1.一种双多基前视成像时频空同步方法，其特征在于，包括以下过程：
步骤S1，双多基平台的发射平台和接收平台获取来自GPS信号的时钟源，并通过时间频率同步模块实现发射平台和接收平台的时频同步；
步骤S2，在时频同步的前提下，双多基平台通过GPS接收机，初步获取发射平台和接收平台的位置信息；
步骤S3，通过惯性元件测量双多基平台相对于惯性坐标系的加速度，在获知初始位置和速度后，对加速度进行二次积分计算当前速度信息和位置信息；
步骤S4，步骤S2中GPS测得的发射平台和接收平台位置信息与步骤S3中惯性测量的信息一起进行滤波，获得修正后的发射平台和接收平台空间坐标；
步骤S5，双多基平台通过测量发射平台和接收平台的姿态及运动信息，采用离散脉冲追赶方法，计算接收波束的指向角度。
2.如权利要求1所述的双多基前视成像时频空同步方法，其特征在于，所述步骤S1中，时钟源的获取方法为：发射平台和接收平台的GPS授时接收机接收到GPS卫星信号，输出PPS秒脉冲和10Mhz信号；时间频率同步模块用PPS秒脉冲驯服恒温晶振，通过10倍倍频器输出100Mhz时钟信号做为时钟源。
3.如权利要求2所述的双多基前视成像时频空同步方法，其特征在于，双多基平台的射频前端模块通过锁相环，去锁定时间频率同步模块输出100Mhz信号，再通过倍频器输出前端工作需要的各种频率的时钟信号。
4.如权利要求1所述的双多基前视成像时频空同步方法，其特征在于，所述步骤S4中，通过卡尔曼滤波器进行滤波。
5.如权利要求1所述的双多基前视成像时频空同步方法，其特征在于，所述双多基前视成像时频空同步方法还包括：根据接收到的回波波束，对目标进行成像定位，将处理后的数据发给发射平台，根据接收到的回波数据对发射平台的波束指向进行实时调整。
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