一种变参数锁定模式弹载聚束sar的航迹仿真方法
【专利摘要】本发明公开了一种变参数锁定模式弹载聚束SAR航迹仿真方法，包括步骤一、确定仿真中采用的四个坐标系；步骤二、得到坐标系问的转化矩阵；步骤三、设定雷达系统基本仿真参数；步骤四、利用龙格库塔法仿真得到弹体在航迹平面坐标系Em中的粗仿真航迹坐标矩阵；步骤五、得到合成孔径时间内SAR在地球转动坐标系Eg中的粗仿真航迹坐标矩阵；步骤六、得到精准的弹体仿真航迹。本发明提出了一种变参数弹载聚束SAR的锁定工作模式，该模式特有的固定斜视角为弹体制导提供了便利。
【专利说明】—种变参数锁定模式弹载聚束SAR的航迹仿真方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,简称SAR)【技术领域】,具体是说，是指一种变参数锁定模式弹载聚束SAR的航迹仿真方法。
【背景技术】
[0002]合成孔径雷达是一种依靠信号分析技术构建等效长天线，以获取波束垂直向上高分辨率的全天候二维成像雷达。变参数体制的聚束模式合成孔径雷达是针对大斜视小区域的高精度测绘、侦查的应用需求而提出，其通过调整SAR系统的载频、调频率、脉冲宽度、采样率及脉冲重复问隔，具有了如下优势:相比于常规的恒定参数的SAR系统，变参数SAR具有更为简化的成像处理流程，更高的图像处理速度，更高的SAR数据存储器中数据的空间利用率，从而总数据量得以减少，降低SAR与地面基站问的数据传输量。
[0003]变参数体制SAR尤为适合应用于弹载SAR制导中。在弹载SAR制导任务中，SAR常需要工作于大斜视或超大斜视模式。不同与机载或星载SAR，为规避拦截，弹载SAR的运动轨迹通常不是直线，在弹载锁定聚束模式下，弹体的运动方向与弹目斜距问的夹角在成像过程中需维持为一个固定的角度，弹体的航迹平面也不再与地平面保持平行。这种需求是变参数锁定模式弹载聚束SAR的航迹仿真中的难点问题。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是为了解决解决上述问题，针对变参数锁定模式弹载聚束SAR，提出了一种航迹仿真方法。设定弹体的航迹被拘束在三维空间的单一平面内，根据已知的在锁定角度，采用四阶龙格库塔方法生成粗仿真的航迹，进而根据变参数SAR体制设计弹载SAR精准航迹的采样位置，利用插值的方法生成精准的弹体仿真航迹。
[0005]本发明的一种变参数锁定模式弹载聚束SAR航迹仿真方法，包括以下几个步骤:
[0006]步骤一、确定仿真中采用的四个坐标系:地球转动坐标系Eg、成像场景坐标系Es、视线方向的极坐标系E1和弹体航迹平面坐标系Em。
[0007]步骤二、确定步骤一中四个坐标系问坐标的转化方法，得到坐标系问的转化矩阵。
[0008]步骤三、设定雷达系统基本仿真参数，确定合成孔径时间内SAR的积累转角Λ Θ，确定沿航迹方向SAR发射的采样脉冲的数量Na。
[0009]步骤四、设定龙格库塔法仿真的时间步长th。利用龙格库塔法仿真得到弹体在航迹平面坐标系Em中的粗仿真航迹坐标矩阵。
[0010]步骤五、结合步骤四与步骤二中的结果，经坐标转化后得到合成孔径时间内SAR在地球转动坐标系Eg中的粗仿真航迹坐标矩阵。
[0011]步骤六、结合变参数SAR体制设计插值方法，对步骤五中得到的粗仿真航迹进行插值，得到精准的弹体仿真航迹。
[0012]本发明的优点在于:
[0013](I)提出了一种变参数弹载聚束SAR的锁定工作模式，该模式特有的固定斜视角为弹体制导提供了便利；
[0014](2)利用龙格库塔法进行弹体航迹的递推演算，结合变参数体制进行插值处理，得到了锁定模式弹载聚束SAR的精准航迹；
[0015](3)本方法适用于单一航迹平面的弹体航迹仿真，且成像场景中心不能为北极点。【专利附图】
【附图说明】
[0016]图1是本发明的方法流程图；
[0017]图2是本发明所述四个坐标系的示意图；
[0018]图3是本发明所述波数域中沿方位向等间隔分布的数据示意图；
[0019]图4是本发明所得弹体在地球转动坐标系下的航迹示意图。
【具体实施方式】
[0020]下面将结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。
[0021]本发明是一种变参数锁定模式弹载聚束SAR的航迹仿真方法，流程图如图1所示，包括以下几个步骤:
[0022]步骤一、确定仿真中采用的四个坐标系:地球转动坐标系Eg、成像场景坐标系Es、视线方向的极坐标系E1和弹体航迹平面坐标系Em，四个坐标系如图2所示。具体为:
[0023]设定以场景中心形成的地球切面为L，SAR的航迹平面为P。
[0024](I)地球转动坐标系Eg
[0025]坐标原点:地心记为Og ；
[0026]X轴记为Xg:在赤道平面内，指向零度经线方向；
[0027]Y轴记为Yg:在赤道平面内，指向东经90度经线方向；
[0028]Z轴记为Zg:沿地球自转轴，指向正北极(北纬90度方向)。
[0029](2)成像场景坐标系Es
[0030]坐标原点:场景中心记为Os ；
[0031]X轴记为Xs:在平面L内，指向场景的东方；
[0032]Y轴记为Ys:在平面L内，指向场景的北方；
[0033]Z轴记为Zs:过场景中心点，垂直于以场景中心形成的地球切面并背离地心方向。
[0034](3)视线方向的极坐标系E1
[0035]坐标原点记为O1:场景中心；
[0036]X轴记为X1:在平面L内，与Y1轴、Z1轴构成右手坐标系；
[0037]Y轴记为Y1:在平面L内，沿合成孔径中心时刻斜距在该平面内的投影指向SAR传感器；
[0038]Z轴记为Z1:过场景中心点，垂直于以场景中心形成的地球切面并背离地心方向。
[0039](4)弹体航迹平面坐标系Em
[0040]坐标原点记为O111:场景中心；
[0041]X轴记为Xn1:在弹体航迹平面内，与Yni轴、Zni轴构成右手坐标系；
[0042]Y轴记为Y111:在弹体航迹平面内，指向目标与SAR传感器的方向；
[0043]Z轴记为Zn1:背离地心方向，指向垂直于弹体航迹平面P的方向。[0044]步骤二、确定步骤一中四个坐标系问坐标的转化方法，得到坐标系问的转化矩阵。
[0045]设SAR在地球转动坐标系Eg中的合成孔径中心时刻(记为tj坐标为(xgCI, yg(l,zgQ)，在成像场景坐标系Es中h时刻的坐标为(xsCI，ys0, zs(l)，场景中心在Eg坐标系中坐标(xp, yp，zp)。某时刻SAR在地球转动坐标系Eg中的坐标为(xg，yg，zg)，同时刻SAR在成像场景坐标系Es中的坐标为(xs，ys，zs)，在视线方向的极坐标系E1中的坐标为(X1, Y1, Z1),在弹体航迹平面坐标系Eni中的坐标为(Xni, ym, zm)。
[0046](I)获取成像场景坐标系Es到地球转动坐标系Eg的转换矩阵Asg,地球转动坐标系Eg到成像场景坐标系Es的转换矩阵Ags。
[0047]根据公式⑴和公式⑵获取SAR在合成孔径中心时刻的经度Φ1()与纬度Ctla:
[0048](I)
?V
[0049]4=arctan(T=^L=)_
[0050]Asg满足公式(3)表示的关系，根据公式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经求逆运算得到、3。
[0054](2)获取成像场景坐标系Es到视线方向的极坐标系E1的转换矩阵Asl，视线方向的极坐标系E1到成像场景坐标系Es的转换矩阵Als。
[0055]根据公式(5)获取合成孔径中心时刻SAR偏离成像场景坐标系EsY轴方向的角度为Ct，则
X,,
[0056]a = arctan—(5)
少s.0
[0057]Asl满足公式(6)表示的关系，根据公式(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经求逆运算得到Als。
[0061 ] (3)获取视线方向的极坐标系E1到弹体航迹平面坐标系Em的转换矩阵Alm，弹体航迹平面坐标系Em到视线方向的极坐标系E1的转换矩阵Aml。
[0062]根据公式⑶获取合成孔径中心时刻SAR对场景中心的入射角为β，则
[0063]β = arcsin —(8)
+>'；?,+4
[0064]设定航迹平面P与平面L夹角为Y，根据公式(9)获取航迹平面相对旋转角度Ω为
【权利要求】
1.一种变参数锁定模式弹载聚束SAR的航迹仿真方法，包括以下几个步骤: 步骤一、确定仿真中采用的四个坐标系:地球转动坐标系Eg、成像场景坐标系Es、视线方向的极坐标系E1和弹体航迹平面坐标系Em,具体为: 设定以场景中心形成的地球切面为L，SAR的航迹平面为P ； (1)地球转动坐标系Eg 坐标原点:地心记为Og ； X轴记为Xg:在赤道平面内，指向零度经线方向； Y轴记为Yg:在赤道平面内，指向东经90度经线方向； Z轴记为Zg:沿地球自转轴，指向正北极； (2)成像场景坐标系Es 坐标原点:场景中心记为Os ； X轴记为Xs:在平面L内，指向场景的东方； Y轴记为Ys:在平面L内，指向场景的北方； Z轴记为Zs:过场景中心点，垂直于以场景中心形成的地球切面并背离地心方向； (3)视线方向的极坐 标系E1 坐标原点记为O1:场景中心； X轴记为X1:在平面L内，与Y1轴、Z1轴构成右手坐标系； Y轴记为Y1:在平面L内，沿合成孔径中心时刻斜距在该平面内的投影指向SAR传感器； Z轴记为Z1:过场景中心点，垂直于以场景中心形成的地球切面并背离地心方向； (4)弹体航迹平面坐标系Em 坐标原点记为Om:场景中心； X轴记为Xm:在弹体航迹平面内，与Ym轴、Zm轴构成右手坐标系； Y轴记为Ym:在弹体航迹平面内，指向目标与SAR传感器的方向； Z轴记为Zm:背离地心方向，指向垂直于弹体航迹平面P的方向； 步骤二、确定步骤一中四个坐标系间坐标的转化方法，得到坐标系间的转化矩阵； 设SAR在地球转动坐标系Eg中的初始坐标为(XgCI，Yg0, Zg0)，在成像场景坐标系Es中的初始坐标为(Xstl, Ystl, Zstl)，场景中心在Eg坐标系中坐标(Xp，Yp, Zp);某时刻SAR在地球转动坐标系Eg中的坐标为(Xg，Yg, Zg)，同时刻SAR在成像场景坐标系Eg中的坐标为(Xs，Ys,Zs)，在视线方向的极坐标系E1中的坐标为(X1, Y1, Z1)，在弹体航迹平面坐标系E111中的坐标为(Xm，Ym，Zffl)； (I)获取成像场景坐标系Es到地球转动坐标系Eg的转换矩阵Asg，地球转动坐标系Eg到成像场景坐标系Es的转换矩阵Ags ； 根据公式⑴和公式(2)获取SAR在合成孔径中心时刻tQ的经度Φ1()与纬度Ctla:
y 0 (2)Asg满足公式(3)表示的关系，根据公式(4)可得Asg
【文档编号】G01S13/90GK103487808SQ201310413667
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月12日 优先权日:2013年9月12日
【发明者】李景文, 王岩, 孙兵, 谭林, 银皓 申请人:北京航空航天大学