本發(fā)明涉及sar雷達(dá)信號(hào)處理，具體涉及一種目標(biāo)高度已知的sar動(dòng)目標(biāo)一維測(cè)角定位方法。

背景技術(shù)：

1、合成孔徑雷達(dá)(synthetic?aperture?radar，sar)具有遠(yuǎn)距離、高分辨、全天候等特點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于軍事偵察與制導(dǎo)。sar圖像中感興趣目標(biāo)的三維空間位置信息是sar圖像應(yīng)用的重要參數(shù)。

2、對(duì)于靜止目標(biāo)，目標(biāo)位置信息可以通過(guò)距離多普勒值與雷達(dá)平臺(tái)和目標(biāo)之間的空間幾何關(guān)系進(jìn)行換算。對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，目標(biāo)速度會(huì)引起附加的多普勒偏移且目標(biāo)速度未知，仍采用靜止目標(biāo)的定位方法對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行定位存在很大的定位偏差，因此可以采用和差測(cè)角技術(shù)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行測(cè)角定位。

3、傳統(tǒng)和差測(cè)角定位方法通過(guò)方位向和俯仰向兩維測(cè)角結(jié)果、目標(biāo)斜距和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換實(shí)現(xiàn)目標(biāo)三維空間定位。然而，兩維測(cè)角定位方法對(duì)硬件系統(tǒng)要求較高，要求系統(tǒng)在方位和俯仰兩個(gè)維度都進(jìn)行子陣劃分與波束合成，同時(shí)信號(hào)處理需要完成至少3個(gè)通道數(shù)據(jù)的sar成像?？紤]到平臺(tái)與目標(biāo)的高度信息沒(méi)有用于兩維測(cè)角定位過(guò)程，且某些情況下目標(biāo)高度信息較容易獲取。為此，提出一種目標(biāo)高度已知的sar動(dòng)目標(biāo)一維測(cè)角定位方法。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于：如何實(shí)現(xiàn)目標(biāo)高度已知情況下sar動(dòng)目標(biāo)的一維測(cè)角定位工作，提供了一種目標(biāo)高度已知的sar動(dòng)目標(biāo)一維測(cè)角定位方法，該方法基于sar圖像和通道與方位差通道兩個(gè)通道的距離多普勒復(fù)數(shù)據(jù)，通過(guò)比幅測(cè)角、坐標(biāo)變換以及方程組求解完成目標(biāo)的三維空間定位。

2、本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的，本發(fā)明包括以下步驟：

3、s1：目標(biāo)像元一維測(cè)角

4、基于和-方位差兩通道復(fù)圖像數(shù)據(jù)，采用差-和比幅測(cè)角方法完成目標(biāo)像元的方位維測(cè)角；

5、s2：天線系下目標(biāo)z向坐標(biāo)計(jì)算

6、根據(jù)天線波束中心指向角和步驟s1的方位維測(cè)角結(jié)果計(jì)算天線系下目標(biāo)方位向視線角，并通過(guò)目標(biāo)方位向視線角與目標(biāo)斜距計(jì)算目標(biāo)在天線系下的z向坐標(biāo)；

7、s3：列方程組求解輔助系下目標(biāo)矢量

8、根據(jù)天線系下目標(biāo)z向坐標(biāo)、輔助系下平臺(tái)與目標(biāo)相對(duì)高度、目標(biāo)斜距以及輔助系到天線系的坐標(biāo)變換矩陣列方程組求解輔助系下目標(biāo)矢量坐標(biāo)；

9、s4：輔助系下目標(biāo)矢量有效性判斷

10、根據(jù)輔助系下目標(biāo)矢量坐標(biāo)和坐標(biāo)轉(zhuǎn)換關(guān)系，將目標(biāo)矢量轉(zhuǎn)換到天線系下并計(jì)算目標(biāo)俯仰視線角偏差，通過(guò)目標(biāo)俯仰視線角偏差是否小于半波束寬度判斷目標(biāo)矢量坐標(biāo)是否有效；

11、s5：目標(biāo)系下目標(biāo)三維坐標(biāo)計(jì)算

12、當(dāng)存在有效目標(biāo)矢量，根據(jù)輔助系下目標(biāo)矢量坐標(biāo)與目標(biāo)系平臺(tái)位置，求解出目標(biāo)系下目標(biāo)三維坐標(biāo)。

13、更進(jìn)一步地，在所述步驟s1～s5中，天線系即天線坐標(biāo)系，目標(biāo)系即目標(biāo)坐標(biāo)系，輔助系即輔助坐標(biāo)系；其中，天線系以天線陣面中心為原點(diǎn)oa，oaxa與天線陣面的法線方向一致，oaya在天線陣面內(nèi)指向上，oa-xayaza構(gòu)成右手直角坐標(biāo)系，目標(biāo)系以成像區(qū)域內(nèi)指定點(diǎn)為原點(diǎn)，otxt軸在成像水平面內(nèi)指向北，otyt軸沿指定點(diǎn)地垂線向上，ot-xtytzt為右手直角坐標(biāo)系，輔助系是目標(biāo)系的平移，將目標(biāo)系原點(diǎn)平移到成像時(shí)刻平臺(tái)正下方目標(biāo)高度平面上，osxs軸在目標(biāo)高度平面內(nèi)指向北，osys軸沿地垂線向上，os-xsyszs為右手直角坐標(biāo)系。

14、更進(jìn)一步地，在所述步驟s1中，具體處理過(guò)程如下：

15、s11：計(jì)算目標(biāo)所在像元復(fù)圖像數(shù)據(jù)方位差通道與和通道比值的幅度和相位，和通道與方位差通道復(fù)數(shù)據(jù)形式如下：

16、

17、其中，σ、σi和σq分別為和通道像元復(fù)數(shù)、實(shí)部和虛部，δ、δi和δq分別為差通道像元復(fù)數(shù)、實(shí)部和虛部，j為虛數(shù)單位；

18、則差和比如下：

19、

20、差和比的幅度和相位分別為：

21、

22、s12：根據(jù)差和比幅度與實(shí)測(cè)的幅度-角度曲線查表插值計(jì)算方位測(cè)角值，并通過(guò)差和比相位的極性判斷測(cè)角值的極性，得到方位維測(cè)角結(jié)果φaz。

23、更進(jìn)一步地，在所述步驟s2中，具體處理過(guò)程如下：

24、s21：根據(jù)天線波束指向角計(jì)算天線系波束中心矢量如下：

25、

26、其中，a為天線系下波束中心矢量，ax、ay、az為矢量a的三向坐標(biāo)，α和β分別為天線波束方位指向角和俯仰指向角；

27、s22：根據(jù)幾何關(guān)系計(jì)算天線系波束中心視線角如下：

28、

29、其中，和分別為波束中心方位向視線角和俯仰向視線角，方位向視線角和俯仰向視線角幾何定義分別為視線與oa-yaxa和oa-zaxa的夾角；

30、s23：根據(jù)目標(biāo)方位測(cè)角結(jié)果和波束中心視線角計(jì)算目標(biāo)方位向視線角

31、

32、s24：根據(jù)目標(biāo)方位向視線角和目標(biāo)斜距rt計(jì)算目標(biāo)在天線系下的z向坐標(biāo)atz：

33、

34、更進(jìn)一步地，在所述步驟s3中，具體處理過(guò)程如下：

35、s31：計(jì)算輔助系到天線系的坐標(biāo)變換矩陣m：

36、

37、其中，m0～m8為矩陣m的元素，mst和mat分別為天線安裝角轉(zhuǎn)換矩陣和平臺(tái)姿態(tài)角轉(zhuǎn)換矩陣；

38、s32：根據(jù)輔助系到天線系轉(zhuǎn)換關(guān)系、目標(biāo)斜距以及目標(biāo)系下平臺(tái)相對(duì)目標(biāo)高度信息列方程組，輔助系到天線系轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

39、

40、方程組如下：

41、

42、其中，at為目標(biāo)在天線系下矢量，atx、aty、atz為矢量at的三向坐標(biāo)，st為目標(biāo)在輔助系下矢量，stx、sty、stz為矢量st的三向坐標(biāo)，h為目標(biāo)系下平臺(tái)和目標(biāo)之間的相對(duì)高度；m6、m7、m8、atz、rt、h均為已知量；

43、進(jìn)而將方程組簡(jiǎn)化為二元二次方程組如下：

44、

45、s33：求解上述二元二次方程組，得到輔助系下目標(biāo)矢量坐標(biāo)1和目標(biāo)矢量坐標(biāo)2：

46、

47、其中，

48、更進(jìn)一步地，在所述步驟s4中，具體處理過(guò)程如下：

49、s41：根據(jù)步驟s3求解所得輔助系目標(biāo)矢量坐標(biāo)和輔助系到天線系轉(zhuǎn)換關(guān)系計(jì)算天線系下目標(biāo)矢量at_i＝[atx_i?aty_i?atz_i]t，i＝1,2分別對(duì)應(yīng)目標(biāo)矢量坐標(biāo)1和目標(biāo)矢量坐標(biāo)2；

50、s42：根據(jù)天線系波束中心視線角公式計(jì)算天線系下目標(biāo)俯仰向視線角

51、

52、s43：將目標(biāo)俯仰向視線角與波束中心俯仰向視線角進(jìn)行比較，得到目標(biāo)俯仰視線角偏差

53、

54、s44：根據(jù)目標(biāo)俯仰視線角偏差進(jìn)行目標(biāo)矢量有效性判斷：若目標(biāo)在天線波束主瓣范圍內(nèi)，即目標(biāo)俯仰視線角偏差小于半波束寬度，則判斷目標(biāo)矢量坐標(biāo)有效，否則為無(wú)效。

55、更進(jìn)一步地，在所述步驟s44中，有效性判斷表達(dá)式如下：

56、

57、其中，θel為天線俯仰向波束寬度。

58、更進(jìn)一步地，在所述步驟s5中，目標(biāo)三維坐標(biāo)計(jì)算公式：

59、

60、其中，tx、ty、tz為目標(biāo)系下目標(biāo)三維坐標(biāo)，px、py、pz為目標(biāo)系平臺(tái)坐標(biāo)，即目標(biāo)系平臺(tái)位置。

61、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：該目標(biāo)高度已知的sar動(dòng)目標(biāo)一維測(cè)角定位方法，基于sar和通道與方位差通道兩個(gè)通道的復(fù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，相比于兩維測(cè)角定位方法基于和通道、方位差通道和俯仰差通道三個(gè)通道的復(fù)圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)現(xiàn)，對(duì)系統(tǒng)硬件要求更低，僅需在方位向一個(gè)維度上進(jìn)行子陣劃分與波束合成，而兩維測(cè)角要求在方位和俯仰兩個(gè)維度均進(jìn)行子陣劃分與波束合成，并且對(duì)sar成像處理能力與數(shù)據(jù)存儲(chǔ)能力要求更低，相比二維測(cè)角定位方法，一維測(cè)角定位方法的sar成像處理量和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量減小了1/3；同時(shí)實(shí)現(xiàn)過(guò)程簡(jiǎn)單易行。