一种定点目标跟踪的机载SAR多角度数据获取方法与流程

本发明属于雷达信号处理技术领域，涉及一种定点目标跟踪的机载sar数据获取方法。

背景技术：

合成孔径雷达(syntheticapertureradar，sar)属于一种主动微波遥感手段，具备全天时、全天候工作能力，能够获取地表的高分辨图像。sar已广泛应用于资源勘查、灾害监测、海洋观测、精细农业、地质测绘等领域，是对地观测的最重要手段之一。

为了满足民用测绘与军事侦查等领域，对于雷达感兴趣区域，尤其是定点目标的持续成像提出了更高要求。目前是通过多次直线飞行，或者圆周飞行来实现雷达波束照射进行sar数据获取。但是仍然存在一些不足：

(1)雷达波束指向精度低，响应时间慢。现有手段多采用机械扫描，或者固定步进波束角度扫描控制，无法实现精确波束对准。

(2)飞行效率低，成本高。对于窄测绘带雷达，一般需要多个条带，或者重复飞行，才能获取所需雷达影像。

(3)航线设计与飞行姿态控制难度大，尤其是波束窄的波段，不容易进行波束照射对准。圆周飞行需要多个架次，才能获取部分有效数据。

技术实现要素：

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种定点目标跟踪的机载sar多角度数据获取方法，目的是为了克服已有技术的缺陷，通过实时控制相控阵天线波束进行扫描，实现二维跟踪照射，获取机载sar数据。

(二)技术方案

本发明提供了一种定点目标跟踪的机载sar多角度数据获取方法，根据实际需求，提供待观测区域顶点目标中心的三维坐标(经度、纬度、高度)信息，作为雷达控制系统的输入条件，根据实际情况制定飞行航线，飞行航线可为直线或曲线。雷达载体通过装配定位定姿系统(positioningandorientationsystem，pos)设备，在雷达回波数据获取的同时提供雷达天线相位中心的坐标信息及姿态数据。通过高斯投影正算，将待观测区域定点目标中心和雷达天线相位中心的绝对大地坐标，分别变换为高斯平面直角坐标系中的相对坐标。为保证波束中心指向能对准待观测区域的定点目标中心，通过坐标旋转投影变换，计算出雷达天线的二维角度指向信息，实时输出俯仰角和扫描角度值，以便在获取雷达sar数据期间，实时调整雷达天线电扫描二维角度。

(三)有益效果

从上述技术方案可以看出，本发明具有以下有益效果：

本发明可充分解决针对定点目标持续观测的机载sar数据获取困难等问题，其涉及的控制方法使波束指向控制精度高，实时性能好，可以满足实际应用需求。以往的多次航线经过飞行只需要单次航线经过飞行，可保证对目标区域进行持续照射，提高工作效率和经济效益。同时该方法可以降低对航线设计和飞行平台姿态控制的难度，提高数据获取成功率。

附图说明

图1为定点目标跟踪的机载sar数据获取方法的流程图。

图2为雷达波束中心向量旋转变换图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属技术领域中普通技术人员所知的形式。另外，虽然本文可提供包含特定值的参数的示范，但应了解，参数无需确切等于相应的值，而是可在可接受的误差容限或设计约束内近似于相应的值。实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向。因此，使用的方向用语是用来说明并非用来限制本发明的保护范围。

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

步骤一：根据用户需求，提供待观测区域定点目标中心的一个三维大地坐标点c(经度、纬度、高度信息)，作为雷达控制系统的输入条件，并根据实际需求，制定飞行航线，可为直线或曲线；

步骤二：雷达载体通过装配定位定姿系统(positioningandorientationsystem，pos)设备，在雷达回波数据获取的同时提供雷达天线相位中心的绝对大地坐标信息以及姿态数据。其中姿态信息包括：航向角heading(t)，偏流角wander(t)，俯仰角pitch(t)，横滚角roll(t)。

步骤三：通过高斯投影正算，将待观测区域定点目标中心和雷达天线相位中心的绝对大地坐标，分别变换为高斯平面直角坐标系中的相对应坐标。

根据高斯投影正算公式：

其中，x为子午线弧长，n为子午圈曲率半径，b为待换算点的纬度，l为待换算点的经度，l0为中央子午线经度，l″＝l-l0，t＝tanb，η²＝e′²cos²b，(椭球长半轴a，椭球扁率f，椭球短半轴：b＝a(1-f)，椭球第一偏心率：椭球第二偏心率：

可以分别换算出待观测区域定点目标中心的地理直角坐标为

在某时刻雷达天线相位中心的地理直角坐标为

步骤四：为保证波束中心指向能实时对准待观测区定点目标中心，通过坐标旋转投影变换，计算出雷达天线的二维角度指向信息，实时输出俯仰和扫描角度值，以便在获取雷达sar数据期间，实时调整雷达天线电扫描二维角度。图2为雷达天线波束中心向量旋转变换图，以机载sar平台的雷达天线相位中心为坐标原点o，机头方向为x方向，跨航向机翼朝右为y方向，垂直地面为z方向，建立载机直角坐标系；xc、yc、zc为待观测定点目标c的三维坐标值，xoc、yoc、zoc为向量oc的三维坐标值。

雷达天线波束中心指向控制的方法是通过相控阵技术改变雷达天线波束中心在载机坐标系下的向量(即改俯仰角β和方位角θ)，使之与在高斯投影地理坐标系下的向量重合。

在地理直角坐标系下的表达式为

此时载机的三个姿态测量值偏航角θy(t)，俯仰角θp(t)，横滚角θr(t)分别为

那么，载机坐标系下的表达式为

此时向量对应的俯仰角β(t)和方位角θ(t)分别为

通过上述实时计算出俯仰角β(t)和方位角θ(t)的值，并进行软件判别，若该次计算的角度与上一次计算的雷达天线电扫描二维角度有变化，则改变雷达天线波束中心指向，完成一次波束对准调整，并进入下一次雷达天线电扫描二维角度重新计算；若经过计算的角度与上一次计算的雷达天线电扫描二维角度无变化，则无须进行雷达天线波束中心指向的调整，可直接进入下一次雷达天线电扫描二维角度重新计算。直至雷达数据获取结束，退出此循环程序。

以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。