基于图像匹配的下降轨聚束sar雷达定位方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达图像目标定位技术领域，特别涉及一种基于图像匹配的下降轨聚 束SAR雷达定位方法，适用于为弹体修偏提供准确的位置信息。
【背景技术】
[0002] 导弹在末制导阶段因惯导误差导致导弹弹体的实际位置和惯导指示位置存在较 大偏差，影响了导弹导引头对目标的准确定位，无法满足传统的光学导弹导引头的末段交 接班精度要求，降低了导弹的精确打击性能。弹载合成孔径雷达（SyntheticAperture Radar，SAR)导引头在导弹下降段采用聚束SAR成像模式，通过对目标场景进行高分辨率二 维聚焦成像，实时获取目标场景的SAR成像，并和设定的SAR基准图像进行匹配定位，为导 弹弹体修偏提供准确的目标场景与导弹弹体位置信息，从而解决光学导弹导引头末端交接 班精度不满足要求的问题。
[0003] 燕英等人在文献"弹载合成孔径雷达成像处理及定位误差分析"中提到基于惯导 数据的SAR平台定位方法，该方法利用惯导数据中的斜视角和俯仰角进行SAR平台定位，其 方法虽然简单，但国内使用的惯导数据误差普遍较大，导致SAR平台定位精度较低。
[0004] 李亚超等人在文献"SAR末制导中导弹定位方法及分析"中提到利用导弹在末制导 中不同的三个固定目标场景以及有关该三个固定目标场景各自的斜距和地距的已知参数 对导弹弹体进行定位；该方法虽然分析了导弹规则飞行和导弹不规则飞行对定位精度的影 响，但是该定位方法只适用于SAR平台工作在正侧视条带模式的情况，对于大斜视聚束模 式，该方法并不适用。
[0005] 李亚超等人在"高精度景象匹配下的高速SAR平台定位和测速可行性研究"中提 到一种基于景象匹配的斜视SAR平台定位算法，该定位算法通过景象匹配，再利用数字地 图高精度配准对斜视SAR平台进行定位与测速；虽然该方法的定位精度较高，但是仍然会 受到地面匹配点位置的影响，当配准误差及估计误差确定，或地面匹配点位置较近时，也会 使得对斜视SAR平台的定位精度下降。
[0006] 杨立波等人在"合成孔径雷达景象匹配中制导导弹定位"中建立了基于匹配点距 离差和多普勒差的定位模型，该定位模型对于下降轨，弹道倾角不为零，此时下降轨的速度 矢量和中心斜距矢量的夹角，与速度矢量和瞬时斜距矢量的夹角不在同一平面上，即不能 利用距离差和多普勒差的定位模型进行测角定位。此外，聚束模式下采用极坐标格式算法 (PolarFormatAlgorithm，PFA)进行SAR成像时，得到的斜平面SAR成像为二维波数域图， 使得多普勒测角公式不能直接使用，也限制了该方法的应用范围。
【发明内容】
[0007] 针对以上现有技术存在的不足，本发明目的在于提出一种基于图像匹配的下降轨 聚束SAR雷达定位方法，该方法基于匹配图与基准图进行景象匹配得到地面点目标信息， 并在基准图中重构出以地面点目标为原点的北天东坐标系定位模型，该定位模型基于欧拉 四面体几何构型，使得基于欧拉四面体几何构型的定位精度能够得到较好的保证。
[0008] 为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0009] -种基于图像匹配的下降轨聚束SAR雷达定位方法，其特征在于，包括以下步骤：
[0010] 步骤1，以地面点目标T为原点，并基于SAR雷达的下降轨建立北天东坐标系下弹 体定位的几何构型，依次得到地面点目标T在成像平面的SAR成像平面图像和SAR雷达的 实际位置点A;
[0011] 步骤2,利用成像平面与地平面之间的几何失真校正映射函数，将地面点目标T在 成像平面的SAR成像平面图像投影到地平面，得到SAR成像匹配图；
[0012] 步骤3,设定SAR成像基准图，并在该设定的SAR成像基准图中设定参考点C，将 SAR成像匹配图和设定的SAR成像基准图进行图像匹配，得到P个匹配点，再根据该P个匹 配点，得到SAR成像匹配图与设定的SAR成像基准图之间的仿射变换矩阵；其中，P表示SAR 成像匹配图与设定的SAR成像基准图进行匹配的匹配点总个数；
[0013] 步骤4,在设定的SAR成像基准图中分别选取地面点目标T和设定的参考点C各自 对应的位置点，并利用SAR成像匹配图与设定的SAR成像基准图之间的仿射变换矩阵，得到 地面点目标T与设定的参考点C在SAR成像匹配图中各自对应的位置点坐标；
[0014] 然后从P个匹配点中选取第i个匹配点Pi，并利用SAR成像匹配图与设定的SAR 成像基准图之间的仿射变换矩阵，构建分别以SAR雷达的实际位置点A、第i个匹配点Pi、地 面点目标T和设定的参考点C为顶点的欧拉四面体，进而得到所述欧拉四面体第一底边TPi 的长度Si、欧拉四面体第二底边Pf的长度S2、欧拉四面体第三底边CT的长度S3;;其中， ie{1，2,…，P}，P表示SAR成像匹配图与设定的SAR成像基准图进行匹配的匹配点总个 数，TP^示地面点目标T与第i个匹配点Pi之间的距离，P^表示第i个匹配点Pi与设定 的参考点C之间的距离，CT表示设定的参考点C与地面点目标T之间的距离；
[0015] 步骤5,分别设定SAR雷达的采样频率和SAR雷达的距离单元数，根据设定的SAR 雷达的采样频率及设定的SAR雷达的距离单元数，得到SAR雷达分别到地面点目标T、设定 的参考点C和第i个匹配点Pi的距离，再根据所述欧拉四面体第一底边TPi的长度Si、欧拉 四面体第二底边Pf的长度S2、欧拉四面体第三底边CT的长度S3，计算得到SAR雷达的实 际位置点A的坐标值。
[0016] 本发明的有益效果：
[0017] 第一，本发明方法基于欧拉四面体几何构型，通过图像匹配算法得到的高精度仿 射变换矩阵和基于图像的雷达测距保证欧拉四面体中各点的位置精度，并利用图像匹配获 取地面点目标的高精度相对位置信息和SAR雷达到各点目标的高精度斜距信息，通过构建 欧拉四面体几何模型，解算出以地面点目标为原点构建的北天东坐标系下的弹体实际位置 信息，使得本发明具备较高的定位精度；
[0018] 第二，本发明方法只需要单幅匹配图就能够实现高精度定位，不需要多幅图进行 数据融合提高精度。同时，本发明方法不依赖惯导数据，因此对惯导精度没有要求，具有较 好的应用价值；
[0019] 第三，本发明方法只需要一个匹配点，且该匹配点可以任意选取，其误差大小不会 影响定位精度，能够有效降低图像匹配的要求，进一步提高了北天东坐标系下弹体定位的 几何构型的鲁棒性；
[0020] 第四，本发明方法中北天东坐标系下弹体定位的几何构型中的参考点可以任意选 取，也可以不是成像场景中的点，使得本发明方法适用于小场景定位，解决了雷达末制导定 位中需要大场景聚束成像的要求；
[0021] 第五，本发明方法中SAR雷达的实际位置点A的输出是基于地面点目标为原点建 立的北天东坐标系下的雷达三维位置，有效减少了坐标转换的步骤，并可以直接传给导弹 的控制系统进行弹体位姿调整。
【附图说明】
[0022] 下面结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0023] 图1是本发明的一种基于图像匹配的下降轨聚束SAR雷达定位方法的流程示意 图；
[0024] 图2是以地面点目标为原点建立的北天东坐标系下弹体定位几何构型示意图；其 中，所述北天东坐标系下弹体定位几何构型为X-Y-Z三维坐标系，A表示SAR雷达的实际位 置点，T表示设定的SAR成像基准图中选取的地面点目标，C表示设定的参考点，建立以地面 点目标T为原点的北天东坐标系，0表示SAR雷达的实际位置点投影到地面上的位置点，且 其坐标为（X，y, 〇)，设定的SAR成像基准图的中心点