This paper proposes an integrated navigation system that compensates relative displacement error of Synthetic Aperture Radar (SAR) antenna on airborne platforms under structural deformation and vibration. SAR is a high-resolution microwave imaging sensor that can produce radar images even under extreme weather conditions. SAR functions in wide spectrum of applications as for geographical mapping, Earth monitoring, as well as reconnaissance and security-related applications. SAR can be implemented in satellite systems, airborne platforms, or in ground stations. A real-time SAR requires accurate relative displacement measurement of the motion of the radar antenna with minimal latency to produce well focused with minimal position error. While generation of high-resolution SAR images requires the elimination of antenna motion, airborne SAR system is under irregular wind turbulence and structural fluttering can cause deformation and vibration on the antenna, which leads to corruption in SAR images. SAR motion compensation system is required to suppress antenna motion induced phase distortion. The motion compensation system consists of the inertial measurement unit (IMU), embedded GPS inertial (EGI), and radar motion compensation software.
Antenna motion compensating Kalman filter is presented in this paper. Transfer Alignment Kalman Filter (TAKF) is employed to align the IMU’s computed local horizontal frame with the aircraft inertial navigator’s computed local horizontal frame. A three-dimensional initial misalignment angles and aircraft flexure angles that follow $2^{nd}$ order Markov process is established and transfer alignment through parameter identification is employed. The simulation results show that the TAKF based on parameter identification effectively improves the estimation accuracy.
본 논문은 구조 변형과 진동 하에 항공용 합성개구레이더 안테나의 상대 위치 오차를 보정하는 통합항법시스템을 제안한다. 합성개구레이더는 극한의 기상 조건에서도 레이더 영상을 생성할 수 있는 고해상도 마이크로파 영상 센서다. 합성개구레이더는 지리적 매핑, 지구 모니터링, 정찰 및 보안 관련 시스템과 같은 다양한 응용 분야에 적용될 수 있다. 합성개구레이더는 위성 시스템, 항공 플랫폼 또는 지상국에 장착하여 사용할 수 있으며 실시간 합성개구레이더는 최소한의 위치 오차로 초점을 맞출 수 있도록 최소한의 대기 시간으로 레이더 안테나의 동작에 대한 정확한 상대 위치 측정을 요구한다. 고해상도의 레이더 영상을 생성하려면 안테나 동작을 제거해야 하지만 항공 플랫폼에 장착된 합성개구레이더는 불규칙한 바람의 난류와 항공기 플러터에 노출되어 구조 변형 및 진동으로 인해 레이더 영상이 손상 될 수 있다. 합성개구레이더의 동작 보정 시스템은 안테나 동작으로 인한 위상 왜곡을 억제하는데 필수적이다. 동작 보정 시스템은 관성측정장치, 관성항법장치 및 레이더 동작 보정 소프트웨어로 구성된다.
본 논문에서는 안테나 동작을 보상하는 칼만 필터를 설계한다. 관성측정장치의 계산된 지역수평좌표계를 항공기 관성항법장치의 지역수평좌표계와 전달 정렬 칼만 필터를 사용하여 정렬한다. 초기 장착 시에 생기는 3차원 비정렬각과 2차 마르코프 과정으로 묘사된 3차원 굴곡각을 정립하고 파라미터 식별을 통한 전달 정렬 과정을 진행한다. 시뮬레이션을 통해 파라미터 식별을 통한 전달 정렬 알고리즘이 추정 성능을 상승시키는 것을 보여준다.
