一種變參數(shù)鎖定模式彈載聚束sar的航跡仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種變參數(shù)鎖定模式彈載聚束SAR航跡仿真方法，包括步驟一、確定仿真中采用的四個(gè)坐標(biāo)系；步驟二、得到坐標(biāo)系問的轉(zhuǎn)化矩陣；步驟三、設(shè)定雷達(dá)系統(tǒng)基本仿真參數(shù)；步驟四、利用龍格庫塔法仿真得到彈體在航跡平面坐標(biāo)系Em中的粗仿真航跡坐標(biāo)矩陣；步驟五、得到合成孔徑時(shí)間內(nèi)SAR在地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg中的粗仿真航跡坐標(biāo)矩陣；步驟六、得到精準(zhǔn)的彈體仿真航跡。本發(fā)明提出了一種變參數(shù)彈載聚束SAR的鎖定工作模式，該模式特有的固定斜視角為彈體制導(dǎo)提供了便利。
【專利說明】—種變參數(shù)鎖定模式彈載聚束SAR的航跡仿真方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar,簡(jiǎn)稱SAR)【技術(shù)領(lǐng)域】,具體是說，是指一種變參數(shù)鎖定模式彈載聚束SAR的航跡仿真方法。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)是一種依靠信號(hào)分析技術(shù)構(gòu)建等效長天線，以獲取波束垂直向上高分辨率的全天候二維成像雷達(dá)。變參數(shù)體制的聚束模式合成孔徑雷達(dá)是針對(duì)大斜視小區(qū)域的高精度測(cè)繪、偵查的應(yīng)用需求而提出，其通過調(diào)整SAR系統(tǒng)的載頻、調(diào)頻率、脈沖寬度、采樣率及脈沖重復(fù)問隔，具有了如下優(yōu)勢(shì):相比于常規(guī)的恒定參數(shù)的SAR系統(tǒng)，變參數(shù)SAR具有更為簡(jiǎn)化的成像處理流程，更高的圖像處理速度，更高的SAR數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中數(shù)據(jù)的空間利用率，從而總數(shù)據(jù)量得以減少，降低SAR與地面基站問的數(shù)據(jù)傳輸量。
[0003]變參數(shù)體制SAR尤為適合應(yīng)用于彈載SAR制導(dǎo)中。在彈載SAR制導(dǎo)任務(wù)中，SAR常需要工作于大斜視或超大斜視模式。不同與機(jī)載或星載SAR，為規(guī)避攔截，彈載SAR的運(yùn)動(dòng)軌跡通常不是直線，在彈載鎖定聚束模式下，彈體的運(yùn)動(dòng)方向與彈目斜距問的夾角在成像過程中需維持為一個(gè)固定的角度，彈體的航跡平面也不再與地平面保持平行。這種需求是變參數(shù)鎖定模式彈載聚束SAR的航跡仿真中的難點(diǎn)問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的是為了解決解決上述問題，針對(duì)變參數(shù)鎖定模式彈載聚束SAR，提出了一種航跡仿真方法。設(shè)定彈體的航跡被拘束在三維空間的單一平面內(nèi)，根據(jù)已知的在鎖定角度，采用四階龍格庫塔方法生成粗仿真的航跡，進(jìn)而根據(jù)變參數(shù)SAR體制設(shè)計(jì)彈載SAR精準(zhǔn)航跡的采樣位置，利用插值的方法生成精準(zhǔn)的彈體仿真航跡。
[0005]本發(fā)明的一種變參數(shù)鎖定模式彈載聚束SAR航跡仿真方法，包括以下幾個(gè)步驟:
[0006]步驟一、確定仿真中采用的四個(gè)坐標(biāo)系:地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg、成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es、視線方向的極坐標(biāo)系E1和彈體航跡平面坐標(biāo)系Em。
[0007]步驟二、確定步驟一中四個(gè)坐標(biāo)系問坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化方法，得到坐標(biāo)系問的轉(zhuǎn)化矩陣。
[0008]步驟三、設(shè)定雷達(dá)系統(tǒng)基本仿真參數(shù)，確定合成孔徑時(shí)間內(nèi)SAR的積累轉(zhuǎn)角Λ Θ，確定沿航跡方向SAR發(fā)射的采樣脈沖的數(shù)量Na。
[0009]步驟四、設(shè)定龍格庫塔法仿真的時(shí)間步長th。利用龍格庫塔法仿真得到彈體在航跡平面坐標(biāo)系Em中的粗仿真航跡坐標(biāo)矩陣。
[0010]步驟五、結(jié)合步驟四與步驟二中的結(jié)果，經(jīng)坐標(biāo)轉(zhuǎn)化后得到合成孔徑時(shí)間內(nèi)SAR在地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg中的粗仿真航跡坐標(biāo)矩陣。
[0011]步驟六、結(jié)合變參數(shù)SAR體制設(shè)計(jì)插值方法，對(duì)步驟五中得到的粗仿真航跡進(jìn)行插值，得到精準(zhǔn)的彈體仿真航跡。
[0012]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于:
[0013](I)提出了一種變參數(shù)彈載聚束SAR的鎖定工作模式，該模式特有的固定斜視角為彈體制導(dǎo)提供了便利；
[0014](2)利用龍格庫塔法進(jìn)行彈體航跡的遞推演算，結(jié)合變參數(shù)體制進(jìn)行插值處理，得到了鎖定模式彈載聚束SAR的精準(zhǔn)航跡；
[0015](3)本方法適用于單一航跡平面的彈體航跡仿真，且成像場(chǎng)景中心不能為北極點(diǎn)。【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1是本發(fā)明的方法流程圖；
[0017]圖2是本發(fā)明所述四個(gè)坐標(biāo)系的示意圖；
[0018]圖3是本發(fā)明所述波數(shù)域中沿方位向等間隔分布的數(shù)據(jù)示意圖；
[0019]圖4是本發(fā)明所得彈體在地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系下的航跡示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]下面將結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
[0021]本發(fā)明是一種變參數(shù)鎖定模式彈載聚束SAR的航跡仿真方法，流程圖如圖1所示，包括以下幾個(gè)步驟:
[0022]步驟一、確定仿真中采用的四個(gè)坐標(biāo)系:地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg、成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es、視線方向的極坐標(biāo)系E1和彈體航跡平面坐標(biāo)系Em，四個(gè)坐標(biāo)系如圖2所示。具體為:
[0023]設(shè)定以場(chǎng)景中心形成的地球切面為L，SAR的航跡平面為P。
[0024](I)地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg
[0025]坐標(biāo)原點(diǎn):地心記為Og ；
[0026]X軸記為Xg:在赤道平面內(nèi)，指向零度經(jīng)線方向；
[0027]Y軸記為Yg:在赤道平面內(nèi)，指向東經(jīng)90度經(jīng)線方向；
[0028]Z軸記為Zg:沿地球自轉(zhuǎn)軸，指向正北極(北緯90度方向)。
[0029](2)成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es
[0030]坐標(biāo)原點(diǎn):場(chǎng)景中心記為Os ；
[0031]X軸記為Xs:在平面L內(nèi)，指向場(chǎng)景的東方；
[0032]Y軸記為Ys:在平面L內(nèi)，指向場(chǎng)景的北方；
[0033]Z軸記為Zs:過場(chǎng)景中心點(diǎn)，垂直于以場(chǎng)景中心形成的地球切面并背離地心方向。
[0034](3)視線方向的極坐標(biāo)系E1
[0035]坐標(biāo)原點(diǎn)記為O1:場(chǎng)景中心；
[0036]X軸記為X1:在平面L內(nèi)，與Y1軸、Z1軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系；
[0037]Y軸記為Y1:在平面L內(nèi)，沿合成孔徑中心時(shí)刻斜距在該平面內(nèi)的投影指向SAR傳感器；
[0038]Z軸記為Z1:過場(chǎng)景中心點(diǎn)，垂直于以場(chǎng)景中心形成的地球切面并背離地心方向。
[0039](4)彈體航跡平面坐標(biāo)系Em
[0040]坐標(biāo)原點(diǎn)記為O111:場(chǎng)景中心；
[0041]X軸記為Xn1:在彈體航跡平面內(nèi)，與Yni軸、Zni軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系；
[0042]Y軸記為Y111:在彈體航跡平面內(nèi)，指向目標(biāo)與SAR傳感器的方向；
[0043]Z軸記為Zn1:背離地心方向，指向垂直于彈體航跡平面P的方向。[0044]步驟二、確定步驟一中四個(gè)坐標(biāo)系問坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化方法，得到坐標(biāo)系問的轉(zhuǎn)化矩陣。
[0045]設(shè)SAR在地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg中的合成孔徑中心時(shí)刻(記為tj坐標(biāo)為(xgCI, yg(l,zgQ)，在成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es中h時(shí)刻的坐標(biāo)為(xsCI，ys0, zs(l)，場(chǎng)景中心在Eg坐標(biāo)系中坐標(biāo)(xp, yp，zp)。某時(shí)刻SAR在地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg中的坐標(biāo)為(xg，yg，zg)，同時(shí)刻SAR在成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es中的坐標(biāo)為(xs，ys，zs)，在視線方向的極坐標(biāo)系E1中的坐標(biāo)為(X1, Y1, Z1),在彈體航跡平面坐標(biāo)系Eni中的坐標(biāo)為(Xni, ym, zm)。
[0046](I)獲取成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es到地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg的轉(zhuǎn)換矩陣Asg,地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg到成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es的轉(zhuǎn)換矩陣Ags。
[0047]根據(jù)公式⑴和公式⑵獲取SAR在合成孔徑中心時(shí)刻的經(jīng)度Φ1()與緯度Ctla:
[0048](I)
?V
[0049]4=arctan(T=^L=)_
[0050]Asg滿足公式(3)表示的關(guān)系，根據(jù)公式⑷可得Asg
[0051][xgjgzg]=[xs^rs+ φξο+y；o+zIv 4g(3)
sin 4, 0 cos 4, cos 4,0
[0052]Am = 0 I 0 sin 也 cos 4, 0⑷
-COS^a 0 sin φ?Λ 00 I
[0053]Asg經(jīng)求逆運(yùn)算得到、3。
[0054](2)獲取成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es到視線方向的極坐標(biāo)系E1的轉(zhuǎn)換矩陣Asl，視線方向的極坐標(biāo)系E1到成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es的轉(zhuǎn)換矩陣Als。
[0055]根據(jù)公式(5)獲取合成孔徑中心時(shí)刻SAR偏離成像場(chǎng)景坐標(biāo)系EsY軸方向的角度為Ct，則

X,,
[0056]a = arctan—(5)

少s.0
[0057]Asl滿足公式(6)表示的關(guān)系，根據(jù)公式(7)可得Asl
[0058][X1 Y1 z1] = [xs ys zs]Asl (6)
[cosa sin or Ol
-sin a cos a 0
00 IJ
[0060]Asl經(jīng)求逆運(yùn)算得到Als。
[0061 ] (3)獲取視線方向的極坐標(biāo)系E1到彈體航跡平面坐標(biāo)系Em的轉(zhuǎn)換矩陣Alm，彈體航跡平面坐標(biāo)系Em到視線方向的極坐標(biāo)系E1的轉(zhuǎn)換矩陣Aml。
[0062]根據(jù)公式⑶獲取合成孔徑中心時(shí)刻SAR對(duì)場(chǎng)景中心的入射角為β，則
[0063]β = arcsin —(8)

+>'；?,+4
[0064]設(shè)定航跡平面P與平面L夾角為Y，根據(jù)公式(9)獲取航跡平面相對(duì)旋轉(zhuǎn)角度Ω為
【權(quán)利要求】
1.一種變參數(shù)鎖定模式彈載聚束SAR的航跡仿真方法，包括以下幾個(gè)步驟: 步驟一、確定仿真中采用的四個(gè)坐標(biāo)系:地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg、成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es、視線方向的極坐標(biāo)系E1和彈體航跡平面坐標(biāo)系Em,具體為: 設(shè)定以場(chǎng)景中心形成的地球切面為L，SAR的航跡平面為P ； (1)地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg 坐標(biāo)原點(diǎn):地心記為Og ； X軸記為Xg:在赤道平面內(nèi)，指向零度經(jīng)線方向； Y軸記為Yg:在赤道平面內(nèi)，指向東經(jīng)90度經(jīng)線方向； Z軸記為Zg:沿地球自轉(zhuǎn)軸，指向正北極； (2)成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es 坐標(biāo)原點(diǎn):場(chǎng)景中心記為Os ； X軸記為Xs:在平面L內(nèi)，指向場(chǎng)景的東方； Y軸記為Ys:在平面L內(nèi)，指向場(chǎng)景的北方； Z軸記為Zs:過場(chǎng)景中心點(diǎn)，垂直于以場(chǎng)景中心形成的地球切面并背離地心方向； (3)視線方向的極坐 標(biāo)系E1 坐標(biāo)原點(diǎn)記為O1:場(chǎng)景中心； X軸記為X1:在平面L內(nèi)，與Y1軸、Z1軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系； Y軸記為Y1:在平面L內(nèi)，沿合成孔徑中心時(shí)刻斜距在該平面內(nèi)的投影指向SAR傳感器； Z軸記為Z1:過場(chǎng)景中心點(diǎn)，垂直于以場(chǎng)景中心形成的地球切面并背離地心方向； (4)彈體航跡平面坐標(biāo)系Em 坐標(biāo)原點(diǎn)記為Om:場(chǎng)景中心； X軸記為Xm:在彈體航跡平面內(nèi)，與Ym軸、Zm軸構(gòu)成右手坐標(biāo)系； Y軸記為Ym:在彈體航跡平面內(nèi)，指向目標(biāo)與SAR傳感器的方向； Z軸記為Zm:背離地心方向，指向垂直于彈體航跡平面P的方向； 步驟二、確定步驟一中四個(gè)坐標(biāo)系間坐標(biāo)的轉(zhuǎn)化方法，得到坐標(biāo)系間的轉(zhuǎn)化矩陣； 設(shè)SAR在地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg中的初始坐標(biāo)為(XgCI，Yg0, Zg0)，在成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es中的初始坐標(biāo)為(Xstl, Ystl, Zstl)，場(chǎng)景中心在Eg坐標(biāo)系中坐標(biāo)(Xp，Yp, Zp);某時(shí)刻SAR在地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg中的坐標(biāo)為(Xg，Yg, Zg)，同時(shí)刻SAR在成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Eg中的坐標(biāo)為(Xs，Ys,Zs)，在視線方向的極坐標(biāo)系E1中的坐標(biāo)為(X1, Y1, Z1)，在彈體航跡平面坐標(biāo)系E111中的坐標(biāo)為(Xm，Ym，Zffl)； (I)獲取成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es到地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg的轉(zhuǎn)換矩陣Asg，地球轉(zhuǎn)動(dòng)坐標(biāo)系Eg到成像場(chǎng)景坐標(biāo)系Es的轉(zhuǎn)換矩陣Ags ； 根據(jù)公式⑴和公式(2)獲取SAR在合成孔徑中心時(shí)刻tQ的經(jīng)度Φ1()與緯度Ctla:
y 0 (2)Asg滿足公式(3)表示的關(guān)系，根據(jù)公式(4)可得Asg
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK103487808SQ201310413667
【公開日】2014年1月1日 申請(qǐng)日期:2013年9月12日 優(yōu)先權(quán)日:2013年9月12日
【發(fā)明者】李景文, 王巖, 孫兵, 譚林, 銀皓 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)