CN1329743C - 一种机载干涉合成孔径雷达基线的组合测量装置 - Google Patents
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Abstract
本发明一种机载干涉合成孔径雷达基线的组合测量装置，是在飞机的机腹下安装一个刚性平台，在平台上固定安装两台数码相机、两台激光测距仪和一个惯性测量单元，同时在两个干涉合成孔径雷达天线上分别安置数个明显的发光二极管标志；两台数码相机的镜头分别对着左右的两个天线上的发光二极管标志；两台数码相机、两台激光测距仪和惯性测量单元都与控制处理器电性连接，并进行信号通讯。数码相机和激光测距仪测量干涉合成孔径雷达天线的瞬时位置和姿态，惯性测量单元测量数码相机和激光测距仪所在平台的位置和姿态，三者组合起来最终实现干涉合成孔径雷达双天线的动态测量。
Description
技术领域
本发明涉及一种机载干涉合成孔径雷达(干涉SAR)基线的组合测量装置，具体地说涉及一种利用两台数码相机、两台激光测距仪和一个惯性测量单元(IMU)，对吊挂在飞机机翼下的干涉合成孔径雷达(干涉SAR)的两个雷达接收天线的位置和姿态进行精确、动态测量的组合装置。
背景技术
目前对干涉合成孔径雷达(InSAR)的基线进行动态测量的系统主要有美国和德国合作的航天飞机载干涉SAR系统(SRTM)以及美国GeoSAR机载干涉SAR系统。
SRTM干涉基线的长度60米，测量系统由GPS定位、惯性基准单元、星跟踪器、电子测距仪、目标跟踪器组成。轨道的定位主要是用GPS系统来实现，定位精度优于1m，主天线姿态由星跟踪器和惯性基准单元测量。目标跟踪器是测量基线运动的关键装置，它用高精度相机跟踪位于外天线上的三个发光二极管LED。能测量外天线的六个自由度中的五个自由度，外天线的另一个自由度，即基线长度利用电子距离仪测量。
GeoSAR的基线精密测量装置包括惯性导航单元二个、激光基线测量系统和差分GPS接收机组成。而激光基线测量系统包括5台激光测距仪、8台相机、5个机翼吊舱反射器和8个LED标志。在机身左右两侧各布设4台相机和4个LED标志，用相机精确测量LED标志中心的角度；雷达天线上布设一台测距仪，其余4台分别布设在机身左右，分别对两个反射棱镜测量距离；将角度值和距离值相结合，由此计算出每个天线上1个点的三维坐标和两个点的二维坐标，利用三维点来计算基线长度，同时利用二维点可以计算基线的方位。
本发明装置将机载干涉合成孔径雷达(干涉SAR)的两个天线安装在飞机的左右机翼下，供雷达发射和接收无线信号用。目前尚没有利用它做其他用途。
发明内容
本发明的目的是提供一种机载干涉合成孔径雷达基线的组合测量装置，利用已有机载干涉合成孔径雷达(干涉SAR)的两个天线作为测量目的物，经数据同步采集、测量计算而得到干涉合成孔径雷达(干涉SAR)的精确动态基线。
为达到上述目的，本发明的技术解决方案是提供一种机载干涉合成孔径雷达基线的组合测量装置，包括干涉合成孔径雷达的两个接收天线、一个平台、两台数码相机、两台激光测距仪、一个惯性测量单元和一控制处理器，其飞机的机腹下安装一个刚性平台，在平台上固定安装有两台数码相机、两台激光测距仪和一个惯性测量单元，同时在两个天线上分别安置数个明显的发光二极管标志；
两台数码相机的镜头分别对着左右的两个天线上的发光二极管标志；
两台数码相机、两台激光测距仪和惯性测量单元都与控制处理器电性连接，并进行信号通讯。
所述的组合测量装置，其所述两个天线上分别安置的发光二极管，为至少三个。
所述的组合测量装置，其通过中心控制处理器来采集两个接收天线的图像、激光测距仪的测量距离和惯性测量单元的数据，经过事后联合处理实现对干涉合成孔径雷达基线的精确动态测量。
所述的组合测量装置，其所述接收天线上安装的发光二极管标志，应用了这些标志点之间的固定几何关系，单台数码相机测量一个接收天线在数码相机坐标系中的三维位置，采用近景摄影测量的共线方程，实现对接收天线的三维动态测量。
所述的组合测量装置，其所述激光测距仪与数码相机同步采集数据，由一个中心控制处理器来触发数码相机的快门和激光测距仪的激光脉冲发射，使数码相机获取的图像数据和激光测距数据的严格匹配。
所述的组合测量装置，其所述两台数码相机与两台激光测距仪测量数据实现紧密的数据融合，利用激光测距仪在距离向的高精度特性和数码相机测量在平面向的高精度、快速特性，实现两个接收天线的完整的三维高精度测量。
所述的组合测量装置，其所述控制处理器，根据室内标定的数码相机中心和惯性测量单元中心的位置矢量，采用几何变换原理，对得到的惯性测量单元数据和数码相机、激光测距仪测量数据进行联合处理，计算出接收天线在世界大地坐标系下的绝对位置。
附图说明
图1是本发明机载干涉合成孔径雷达基线的组合测量装置安装示意图；
图2是本发明机载干涉合成孔径雷达基线的组合测量装置各部件连接关系图。
具体实施方式
本发明针对现有机载干涉合成孔径雷达(干涉SAR)的两个天线安装在飞机机翼下的情况，发明了一种动态测量机翼下两个接收天线精确位置的装置。该装置集成了两台数码相机、两台激光测距仪和一个惯性测量单元(IMU)。
数码相机和激光测距仪测量干涉合成孔径雷达(干涉SAR)天线的瞬时位置和姿态，惯性测量单元(IMU)测量数码相机和激光测距仪所在平台的位置和姿态，三者组合起来最终实现干涉合成孔径雷达(干涉SAR)双天线的动态测量。
本发明装置根据中低空飞机的运行特点，综合运用了数字近景摄影测量和惯性测量单元(IMU)的原理和技术，系统的组成和安装如图所示。干涉合成孔径雷达(干涉SAR)的两个接收天线1、接收天线2挂装于飞机两侧机翼下方，飞机的机腹下安装一个刚性平台，在此平台上固定安装有两台数码相机1、数码相机2，两台激光测距仪1和激光测距仪2和一个惯性测量单元(IMU)，同时在合成孔径雷达(SAR)的两个天线1、天线2上分别安置3个明显的发光二极管(LED)标志。两台数码相机1、数码相机2的镜头分别对着左右的两个天线1、天线2上的发光二极管标志。
本发明装置工作时，由数码相机1、数码相机2对布设在接收天线上的发光二极管(LED)标志进行测量，同时激光测距仪1、激光测距仪2实时同步测定平台和天线1、天线2之间的精确距离，采用近景摄影测量的共线方程计算两个接收天线1、天线2的瞬时位置和姿态，同时惯性测量单元(IMU)测量数码相机1、数码相机2所在平台的精确位置和姿态，具体连接关系参见图2，其中，平台上的各部件：两台数码相机1、数码相机2，两台激光测距仪1、激光测距仪2和惯性测量单元(IMU)都与控制处理器电性连接，并进行信号通讯。控制处理器设于机舱内。
平台上的数码相机1、数码相机2可以精确测定接收天线1、天线2在数码相机1、数码相机2坐标系(局部坐标)下的位置和姿态，因为在接收天线1、天线2上分别贴有3个发光二极管(LED)特征标志点，这些标志点事先已经在室内进行了精确标定和测量，以它们作为约束和控制点，同时激光测距仪1、激光测距仪2又能给出平台和天线1、天线2之间的距离，根据近景摄影测量原理，采用共线方程，就可以计算出接收天线1、天线2中心在数码相机1、数码相机2坐标系下的坐标，且将该坐标信息传给控制处理器。平台上的惯性测量单元(IMU)可以精确测量数码相机1、数码相机2和激光测距仪1、激光测距仪2所在平台的位置和姿态，并将平台的位置和姿态信息传给控制处理器。控制处理器通过杠杆臂的计算就可以将数码相机局部坐标系转化为全局的世界大地坐标系，从而得到两个接收天线1、天线2中心在WGS8全球大地坐标系下的精确位置和姿态，给出干涉合成孔径雷达(干涉SAR)的动态基线测量结果。
Claims (5)
1.一种机载干涉合成孔径雷达基线的组合测量装置，包括干涉合成孔径雷达的两个接收天线、一个平台、两台数码相机、两台激光测距仪、一个惯性测量单元和一个中心控制处理器，其特征在于，飞机的机腹下安装一个平台，在此平台上固定安装两台数码相机、两台激光测距仪和一个惯性测量单元，同时在两个天线上分别安置至少三个明显的发光二极管标志；
两台数码相机的镜头分别对着左右的两个天线，视场内包括两个天线上的发光二极管标志；
两台数码相机、两台激光测距仪和惯性测量单元都与中心控制处理器电性连接，并进行信号通讯。
2.如权利要求1所述的组合测量装置，其特征在于，所述激光测距仪与数码相机同步采集数据，由一个控制处理器来触发数码相机的快门和激光测距仪的激光脉冲发射，确保激光测距光斑能与发光二极管同时成像，使得数码相机获取的图像数据和激光测距数据严格同步。
3.如权利要求1所述的组合测量装置，其特征在于，所述平台为刚性平台。
4.如权利要求1或2所述的组合测量装置，其特征在于，通过中心控制处理器来同步采集惯性测量单元的数据与数码相机图像和激光测距数据，经过事后联合处理实现对干涉合成孔径雷达基线的精确动态测量。
5.如权利要求1或2所述的组合测量装置，其特征在于，根据室内标定的数码相机中心和惯性测量单元中心的位置矢量，采用几何变换原理，对采集的惯性测量单元数据和数码相机、激光测距仪测量数据进行联合处理，计算出雷达接收天线在世界大地坐标系下的绝对三维位置。
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