本發(fā)明涉及一種目標(biāo)定位精度指標(biāo)地面評(píng)估方法，特別是涉及一種星載sar目標(biāo)定位精度指標(biāo)地面評(píng)估方法。
背景技術(shù)：
：1951年，wiley第一次發(fā)現(xiàn)側(cè)視雷達(dá)通過(guò)利用回波數(shù)據(jù)信號(hào)中的多普勒頻移可以改善方位向分辨率，這個(gè)里程碑式的發(fā)現(xiàn)標(biāo)志著合成孔徑雷達(dá)(syntheticapertureradar，sar)技術(shù)的誕生。星載合成孔徑雷達(dá)是一種全天時(shí)全天候的主動(dòng)對(duì)地觀測(cè)系統(tǒng)，在國(guó)土資源普查、測(cè)繪、防災(zāi)減災(zāi)等方面發(fā)揮了的重要應(yīng)用。sar圖像應(yīng)用時(shí)需要確切的知道sar圖像的空間位置信息，但是由于遙感成像系統(tǒng)的位置、時(shí)鐘的誤差，以及空間環(huán)境、地形起伏等因素的影響，使得sar成像結(jié)果有一定的變形。這就必須對(duì)sar圖像進(jìn)行幾何校正處理，即sar圖像的目標(biāo)定位。目標(biāo)定位精度的分析、分配、預(yù)算和仿真評(píng)估，是星載sar設(shè)計(jì)和研制過(guò)程中必須進(jìn)行的重要工作，是保證sar圖像目標(biāo)定位精度指標(biāo)在軌實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。關(guān)于星載sar的定位精度影響因素分析的問(wèn)題，curlander(柯蘭德)分析了衛(wèi)星軌道位置誤差、sar時(shí)鐘誤差、斜距測(cè)量誤差和地球模型高程誤差等因素對(duì)目標(biāo)位置的影響；marcoschwerdt(馬可施維爾德)等人提出了斜距在軌測(cè)試和修正方法。以上研究?jī)H限于對(duì)影響定位精度的個(gè)別誤差因素的分析，而對(duì)于目標(biāo)定位精度指標(biāo)的設(shè)計(jì)、預(yù)算和仿真評(píng)估的完整方法和流程，以及基于軌道仿真數(shù)據(jù)的蒙特卡洛仿真方法，暫時(shí)還沒(méi)有看到。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種星載sar目標(biāo)定位精度指標(biāo)地面評(píng)估方法，其提高了對(duì)定位精度評(píng)估的準(zhǔn)確性；可有效解決星載sar設(shè)計(jì)和研制過(guò)程中目標(biāo)定位精度的地面評(píng)估問(wèn)題，具有重要的理論和工程價(jià)值，為sar圖像目標(biāo)定位精度指標(biāo)的在軌實(shí)現(xiàn)奠定了基礎(chǔ)。本發(fā)明是通過(guò)下述技術(shù)方案來(lái)解決上述技術(shù)問(wèn)題的：一種星載sar目標(biāo)定位精度指標(biāo)地面評(píng)估方法，其包括以下步驟：步驟一，影響目標(biāo)定位精度的誤差因素梳理；步驟二，誤差因素影響建模分析；步驟三，定位精度指標(biāo)分配和預(yù)算；步驟四，基于軌道仿真數(shù)據(jù)的定位精度蒙特卡洛仿真試驗(yàn)；步驟五，統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果，評(píng)估定位精度指標(biāo)。優(yōu)選地，所述步驟一包括衛(wèi)星的位置和速度測(cè)量誤差、斜距測(cè)量誤差、目標(biāo)高程誤差和sar回波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)誤差，用于梳理影響目標(biāo)定位精度的誤差因素。優(yōu)選地，所述步驟二包括以下步驟：步驟二十一，對(duì)衛(wèi)星軌道位置和速度誤差影響進(jìn)行建模分析，沿航跡向位置誤差對(duì)定位精度的影響為其中re為地球半徑，rt為目標(biāo)位置，rt＝re+h，h為目標(biāo)高程，h為衛(wèi)星軌道高度，δxsat衛(wèi)星航跡向位置誤差；步驟二十二，衛(wèi)星速度誤差引起的方位向定位誤差可表示為其中δvsat-x、δvsat-y、δvsat-z為衛(wèi)星各方向速度測(cè)量誤差，θs為成像處理使用的目標(biāo)方位向斜視角，γ為下視角，vg、vst分別為地面速度和相對(duì)速度，rs為斜距；步驟二十三，衛(wèi)星垂直于航跡的位置誤差引入的定位誤差可表示為其中δysat衛(wèi)星垂直于航跡向位置誤差；步驟二十四，衛(wèi)星徑向位置誤差引入的定位誤差可表示為其中δzsat為衛(wèi)星徑向位置誤差；步驟二十五，回波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)誤差引起的方位向定位誤差可表示為其中δt為回波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)誤差；步驟二十六，斜距測(cè)量誤差引入的定位誤差可表示為其中δrs為斜距誤差，θi為入射角；步驟二十七，目標(biāo)高程誤差引入的定位誤差可表示為其中，δh為目標(biāo)高程誤差。優(yōu)選地，所述步驟三包括以下步驟：步驟三十一，確定各誤差因素的輸入取值，利用步驟二的公式，分析各誤差因素對(duì)定位誤差的帶來(lái)的影響；步驟三十二，利用均方根合成方法將各誤差因素的影響進(jìn)行合成；步驟三十三，將合成結(jié)果與定位精度指標(biāo)要求進(jìn)行比較，如不滿足需求，則重新分配各誤差取值，直至滿足指標(biāo)要求位置。優(yōu)選地，所述步驟四包括以下步驟：步驟四十一，利用stk仿真理論軌道位置psat0，然后利用步驟s3的公式代入軌道位置誤差和回波時(shí)標(biāo)誤差，計(jì)算帶有誤差的軌道位置psat1；步驟四十二，根據(jù)斜距誤差δr3和星地斜距標(biāo)量r構(gòu)造距離方程r+δr3＝|psat0-ptarget|，psat0和ptarget為衛(wèi)星位置和目標(biāo)位置；步驟四十三，根據(jù)多普勒中心的頻率fdc構(gòu)造多普勒方程fdc＝2/(λr)×dot(vst，ptarget-psat0)，vst為wgs84系下衛(wèi)星速度，λ為波長(zhǎng)，dot(·)為點(diǎn)乘；步驟四十四，根據(jù)地面控制點(diǎn)的高程h及高程誤差構(gòu)造地球模型方程其中re為地球赤道半徑，rp為地球極半徑rp＝(1-f)(re+h)，xt、yt、zt為矢量ptarget的三個(gè)因素；步驟四十五，根據(jù)距離方程、多普勒方程以及地球模型方程計(jì)算出ptarget1的值；步驟四十六，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，直至次數(shù)達(dá)到n次。優(yōu)選地，所述步驟五中的統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果和評(píng)估定位精度指標(biāo)是對(duì)步驟四的結(jié)果進(jìn)行多次測(cè)量并統(tǒng)計(jì)均值和標(biāo)準(zhǔn)差取為目標(biāo)定位精度的評(píng)估值。本發(fā)明的積極進(jìn)步效果在于：本發(fā)明首次提出了一種全新的星載sar目標(biāo)定位精度地面評(píng)估方法和流程，具有開創(chuàng)性；特別給出了一套驗(yàn)證目標(biāo)定位精度的蒙特卡洛仿真方法，提高了對(duì)定位精度評(píng)估的準(zhǔn)確性；所提出的方法流程清晰、易于實(shí)現(xiàn)，對(duì)星載sar系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)人員具有指導(dǎo)作用。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明的流程示意圖。圖2為本發(fā)明中步驟四的流程圖。圖3為定位精度的蒙特卡洛仿真結(jié)果圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖給出本發(fā)明較佳實(shí)施例，以詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的技術(shù)方案。如圖1所示，本發(fā)明星載sar目標(biāo)定位精度指標(biāo)地面評(píng)估方法包括以下步驟：步驟一，影響目標(biāo)定位精度的誤差因素梳理；步驟二，誤差因素影響建模分析；步驟三，定位精度指標(biāo)分配和預(yù)算；步驟四，基于軌道仿真數(shù)據(jù)的定位精度蒙特卡洛仿真試驗(yàn)；步驟五，統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果，評(píng)估定位精度指標(biāo)。進(jìn)一步地，所述步驟一包括衛(wèi)星的位置和速度測(cè)量誤差、斜距測(cè)量誤差、目標(biāo)高程誤差和sar回波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)誤差，用于梳理影響目標(biāo)定位精度的誤差因素。進(jìn)一步地，所述步驟二包括以下步驟：步驟二十一，對(duì)衛(wèi)星軌道位置和速度誤差影響進(jìn)行建模分析，沿航跡向位置誤差對(duì)定位精度的影響為其中re為地球半徑，rt為目標(biāo)位置，rt＝re+h，h為目標(biāo)高程，h為衛(wèi)星軌道高度，δxsat衛(wèi)星航跡向位置誤差。步驟二十二，衛(wèi)星速度誤差引起的方位向定位誤差可表示為其中δvsat-x、δvsat-y、δvsat-z為衛(wèi)星各方向速度測(cè)量誤差，θs為成像處理使用的目標(biāo)方位向斜視角，γ為下視角，vg、vst分別為地面速度和相對(duì)速度，rs為斜距。步驟二十三，衛(wèi)星垂直于航跡的位置誤差引入的定位誤差可表示為其中δysat衛(wèi)星垂直于航跡向位置誤差。步驟二十四，衛(wèi)星徑向位置誤差引入的定位誤差可表示為其中δzsat為衛(wèi)星徑向位置誤差。步驟二十五，回波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)誤差引起的方位向定位誤差可表示為其中δt為回波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)誤差。步驟二十六，斜距測(cè)量誤差引入的定位誤差可表示為其中δrs為斜距誤差，θi為入射角。步驟二十七，目標(biāo)高程誤差引入的定位誤差可表示為其中，δh為目標(biāo)高程誤差。進(jìn)一步地，所述步驟三包括以下步驟：步驟三十一，確定各誤差因素的輸入取值，利用步驟二的公式，分析各誤差因素對(duì)定位誤差的帶來(lái)的影響。步驟三十二，利用均方根合成方法將各誤差因素的影響進(jìn)行合成。步驟三十三，將合成結(jié)果與定位精度指標(biāo)要求進(jìn)行比較，如不滿足需求，則重新分配各誤差取值，直至滿足指標(biāo)要求位置。如圖2所示，所述步驟四包括以下步驟：步驟四十一，利用stk仿真理論軌道位置psat0，然后利用步驟s3的公式代入軌道位置誤差和回波時(shí)標(biāo)誤差，計(jì)算帶有誤差的軌道位置psat1。步驟四十二，根據(jù)斜距誤差δr3和星地斜距標(biāo)量r構(gòu)造距離方程r+δr3＝|psat0-ptarget|，psat0和ptarget為衛(wèi)星位置和目標(biāo)位置。步驟四十三，根據(jù)多普勒中心的頻率fdc構(gòu)造多普勒方程fdc＝2/(λr)×dot(vst，ptarget-psat0)，vst為wgs84系下衛(wèi)星速度，λ為波長(zhǎng)，dot(·)為點(diǎn)乘。步驟四十四，根據(jù)地面控制點(diǎn)的高程h及高程誤差構(gòu)造地球模型方程其中re為地球赤道半徑，rp為地球極半徑rp＝(1-f)(re+h)，xt、yt、zt為矢量ptarget的三個(gè)因素。步驟四十五，根據(jù)距離方程、多普勒方程以及地球模型方程計(jì)算出ptarget1的值。步驟四十六，重復(fù)以上實(shí)驗(yàn)，直至次數(shù)達(dá)到n次。進(jìn)一步地，所述步驟五中的統(tǒng)計(jì)仿真結(jié)果和評(píng)估定位精度指標(biāo)是對(duì)步驟四的結(jié)果進(jìn)行多次測(cè)量并統(tǒng)計(jì)均值和標(biāo)準(zhǔn)差取為目標(biāo)定位精度的評(píng)估值。實(shí)施例1下面結(jié)合附圖與具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述：這里選擇太陽(yáng)同步軌道x波段星載sar進(jìn)行目標(biāo)定位精度的地面評(píng)估方法研究，星載sar軌道高度約627km，入射角選擇45°，目標(biāo)點(diǎn)高程選擇0m。x波段是指頻率在8-12ghz的無(wú)線電波波段，在電磁波譜中屬于微波。誤差取值如下：多普勒中心頻率誤差取100hz，軌道位置測(cè)量精度取10m(1σ)，速度測(cè)量誤差0.06m/s，斜距誤差取3m(1σ)，控制點(diǎn)高程誤差為50m(1σ)，回波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)誤差取10ms。按照步驟二的誤差影響模型對(duì)誤差進(jìn)行建模分析。對(duì)誤差進(jìn)行分配和預(yù)算，結(jié)果如下表1所示，目標(biāo)定位精度預(yù)估87.6m(1σ)。表1定位誤差分配和算法表(1σ)誤差項(xiàng)誤差項(xiàng)取值引起的目標(biāo)定位誤差衛(wèi)星航跡向位置誤差10m9.10m衛(wèi)星速度誤差0.06m/s8.66m回波數(shù)據(jù)時(shí)標(biāo)誤差10ms69.16m衛(wèi)星垂直于航跡的位置誤差10m9.10m衛(wèi)星徑向位置誤差10m10.84m斜距測(cè)量誤差3m4.25m目標(biāo)高程誤差50m50.09m合計(jì)87.57m進(jìn)行蒙特卡洛仿真，利用stk仿真，選擇當(dāng)前時(shí)刻為2016年03月02日16時(shí)40分50秒，軌道位置psat0為(3044738.32m，-6275956.74m，-701278.29m)，并以此為理論過(guò)頂時(shí)刻和位置，此段數(shù)據(jù)在仿真中重復(fù)使用，將右側(cè)視40°入射角的視線方向與地球模型交點(diǎn)作為控制點(diǎn)位置ptarget0。根據(jù)表1中各誤差取值，隨機(jī)產(chǎn)生1000組誤差數(shù)據(jù)代入步驟四的三個(gè)方程中，進(jìn)行1000次蒙特卡洛試驗(yàn)。如圖3所示，求解三個(gè)方程獲得地面1000個(gè)目標(biāo)點(diǎn)位置，對(duì)結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，得到均值標(biāo)準(zhǔn)差則目標(biāo)定位精度評(píng)估結(jié)果為符合預(yù)算結(jié)果。以上所述的具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明的解決的技術(shù)問(wèn)題、技術(shù)方案和有益效果進(jìn)行了進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，所應(yīng)理解的是，以上所述僅為本發(fā)明的具體實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12