本發(fā)明屬于雷達回波，具體涉及一種基于雷達回波的無先驗信息三維坐標(biāo)系配準(zhǔn)方法。

背景技術(shù)：

1、拒止環(huán)境指的是對特定行動或活動具有阻礙、限制或阻止作用的環(huán)境條件。在軍事領(lǐng)域，拒止環(huán)境包括強大的敵方防空系統(tǒng)、反艦導(dǎo)彈網(wǎng)絡(luò)、電子戰(zhàn)干擾等，使得一方難以在該區(qū)域內(nèi)順利開展空中、海上或陸地作戰(zhàn)行動；當(dāng)己方雷達處于拒止環(huán)境下，即被敵方雷達強干擾時，我方指揮中心獲取不到我方雷達的具體定位和姿態(tài)。

2、在現(xiàn)有技術(shù)中，公開號為cn112346024a的《一種任意運動組網(wǎng)雷達的空間時間配準(zhǔn)方法》專利申請，公開了一種低通信速率下的組網(wǎng)雷達距離-多普勒域空間配準(zhǔn)算法，動目標(biāo)檢測后傳輸部分信號至融合中心，構(gòu)建本地雷達提取的信號的相關(guān)作為目標(biāo)函數(shù)，通過遺傳算法求解目標(biāo)函數(shù)的最大化問題，求得旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量的估計值。

3、通過對動目標(biāo)檢測后的信號中篩選幅度較大的部分信息進行傳輸以實現(xiàn)低通信量，在后續(xù)過程中，又對每一個目標(biāo)進行多次相參處理間隔循環(huán)，即對一個目標(biāo)的軌跡中選取了若干點進行配準(zhǔn)，而且由于相參處理間隔時間較短，目標(biāo)軌跡近似在一條直線上，會造成數(shù)據(jù)的冗雜浪費。

4、論文《svd算法在建筑物點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)中的應(yīng)用》中，通過在點云數(shù)據(jù)配準(zhǔn)中使用svd算法計算旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量，實現(xiàn)對實物掃描點云數(shù)據(jù)進行配準(zhǔn)，在使用四元數(shù)組法的前提條件不能滿足的情況下，svd算法仍然可以實現(xiàn)計算。

5、通過使用1800個三維點組成的原始點集和將其進行繞x、y、z軸分別旋轉(zhuǎn)已知角度獲得需要配準(zhǔn)的矩陣，通過svd分解算法，比較計算出的旋轉(zhuǎn)矩陣和已知設(shè)定的旋轉(zhuǎn)矩陣進行判別算法的精度。該算法使用1800個數(shù)據(jù)對，且仿真設(shè)定時無平移變化，數(shù)據(jù)量大且場景過于簡單，當(dāng)點云數(shù)據(jù)較少時無法較為精確地求出旋轉(zhuǎn)矩陣和平移向量。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種基于雷達回波的無先驗信息三維坐標(biāo)系配準(zhǔn)方法：

2、本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下方法實現(xiàn)，包括以下步驟：

3、初始場景設(shè)置步驟：建立包括目標(biāo)、雷達a和雷達b的初始場景，通過雷達a和雷達b分別對目標(biāo)進行檢測得到雷達a的目標(biāo)回波信號和雷達b的目標(biāo)回波信號；

4、動目標(biāo)檢測步驟：對雷達a的目標(biāo)回波信號和雷達b的目標(biāo)回波信號分別進行動目標(biāo)檢測得到雷達a的距離-多普勒域信號和雷達b的距離-多普勒域信號；

5、篩選及配準(zhǔn)步驟：對雷達a的距離-多普勒域信號和雷達b的距離-多普勒域信號分別進行篩選得到雷達a的目標(biāo)回波信號的幅值最高單元和雷達b的目標(biāo)回波信號的幅值最高單元，根據(jù)目標(biāo)回波信號的幅值最高單元分別確定目標(biāo)在雷達a坐標(biāo)系下的距離-多普勒域索引(da,ra)和雷達b坐標(biāo)系下的距離-多普勒域索引(db,rb)，依據(jù)轉(zhuǎn)換公式將(da,ra)和(db,rb)分別配準(zhǔn)得到雷達a的目標(biāo)回波信號在雷達b中對應(yīng)的距離-多普勒域索引(xb,yb)和雷達b的目標(biāo)回波信號在雷達a中對應(yīng)的距離-多普勒域索引(xa,ya)；

6、取整步驟：通過取整公式對(xb,yb)和(xa,ya)分別取整得到取整后的距離-多普勒域索引(xb1,yb1)和(xa1,ya1)；

7、目標(biāo)函數(shù)設(shè)置及求解步驟：根據(jù)(xb1,yb1)和(xa1,ya1)設(shè)置目標(biāo)函數(shù)；使用遺傳算法對目標(biāo)函數(shù)進行計算求解得到?jīng)Q定雷達a與雷達b之間旋轉(zhuǎn)矩陣的參數(shù)和雷達a與雷達b之間平移向量的參數(shù)；

8、梯度下降優(yōu)化步驟：對決定雷達a與雷達b之間旋轉(zhuǎn)矩陣的參數(shù)和雷達a與雷達b之間平移向量的參數(shù)通過梯度下降法進行優(yōu)化得到優(yōu)化后的決定雷達a和雷達b之間旋轉(zhuǎn)矩陣和雷達a與雷達b之間平移向量的參數(shù)。

9、進一步地，動目標(biāo)檢測包括：

10、將雷達a的目標(biāo)回波信號和雷達b的目標(biāo)回波信號分別按照距離單元進行劃分，對距離單元內(nèi)的慢時間信號進行離散傅里葉變換計算得到第一一維頻譜和第二一維頻譜；根據(jù)第一一維頻譜和距離單元確定雷達a的距離-多普勒域信號，根據(jù)第二一維頻譜和距離單元雷達b的距離-多普勒域信號距離-多普勒域信號。

11、進一步地，轉(zhuǎn)換公式包括將目標(biāo)在雷達b坐標(biāo)下轉(zhuǎn)換到雷達a坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)換公式和將目標(biāo)在雷達a坐標(biāo)下轉(zhuǎn)換到雷達b坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)換公式；

12、所述將目標(biāo)在雷達b坐標(biāo)下轉(zhuǎn)換到雷達a坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)換公式為：

13、pa＝r×pb+r

14、所述將目標(biāo)在雷達a坐標(biāo)下轉(zhuǎn)換到雷達b坐標(biāo)下的轉(zhuǎn)換公式為：

15、pb＝r×pa+r

16、其中，pa為雷達a坐標(biāo)系下的目標(biāo)，pb為雷達b坐標(biāo)系下的目標(biāo)，r為雷達a和雷達b之間的3×3維旋轉(zhuǎn)矩陣，r為雷達a與雷達b之間3×1維的平移向量。

17、進一步地，r表示如下：

18、

19、其中，α，β，γ分別表示繞z，y，x軸旋轉(zhuǎn)的角度。

20、進一步地，r表示如下：

21、r＝[rx,ry,rz]

22、其中，rx，ry，rz分別表示沿x，y，z軸的平移距離。

23、進一步地，pa與pb的極坐標(biāo)表示分別為：

24、

25、其中，ρa，θa，分別為雷達a獲取的目標(biāo)在本地坐標(biāo)系下的距離、俯仰角和方位角；ρb，θb，分別為雷達b獲取的目標(biāo)在本地坐標(biāo)系下的距離、俯仰角和方位角。

26、進一步地，雷達a的目標(biāo)回波信號在雷達b中對應(yīng)的距離-多普勒域索引表示如下：

27、

28、雷達b的目標(biāo)回波信號在雷達a中對應(yīng)的距離-多普勒域索引表示如下：

29、

30、其中，xb為雷達b的目標(biāo)回波信號在雷達a中對應(yīng)的速度單元索引，yb為雷達b的目標(biāo)回波信號在雷達a中對應(yīng)的距離單元索引；xa為雷達a的目標(biāo)回波信號在雷達b中對應(yīng)的速度單元索引，ya為雷達a的目標(biāo)回波信號在雷達b中對應(yīng)的距離單元索引；δfk＝va/δda-vb/δdb，δfk為目標(biāo)的徑向速度在速度分辨單元尺度下的離散化程度，va、vb分別為目標(biāo)相對于雷達a和b的徑向速度，δda、δdb分別為雷達a和雷達b的速度分辨單元，δra、δrb分別為雷達a和b的距離分辨單元，ra、da分別為目標(biāo)在雷達a坐標(biāo)系下的距離單元索引和目標(biāo)在雷達a坐標(biāo)系下的速度單元索引，rb、db分別為目標(biāo)在雷達a坐標(biāo)系下的距離單元索引和目標(biāo)在雷達a坐標(biāo)系下的速度單元索引。

31、進一步地，取整公式為：

32、xb1＝xb

33、

34、xa1＝xa

35、

36、其中，xb1為取整后的雷達b的目標(biāo)回波信號在雷達a中對應(yīng)的速度單元索引，yb1為取整后的雷達b的目標(biāo)回波信號在雷達a中對應(yīng)的距離單元索引；xa1為取整后的雷達a的目標(biāo)回波信號在雷達b中對應(yīng)的速度單元索引，ya1為取整后的雷達a的目標(biāo)回波信號在雷達b中對應(yīng)的距離單元索引；是對yb向下取整得到的索引值，是對yb向上取整得到的索引值，是對ya向下取整得到的索引值，是對ya向上取整得到的索引值，floor是向下取整函數(shù)，ceil是向上取整函數(shù)。

37、進一步地，根據(jù)(xb1,yb1)和(xa1,ya1)設(shè)置目標(biāo)函數(shù)：

38、根據(jù)(xb1,yb1)和(xa1,ya1)分別確定目標(biāo)回波信號第一具體單元和目標(biāo)回波信號第二具體單元；

39、將第一具體單元內(nèi)的目標(biāo)回波信號幅值與目標(biāo)在雷達a坐標(biāo)系下的距離-多普勒域索引對應(yīng)的目標(biāo)回波信號幅值分別進行歸一化后相乘得到相關(guān)系數(shù)corr1；

40、將第二具體單元內(nèi)的目標(biāo)回波信號幅值與目標(biāo)在雷達b坐標(biāo)系下的距離-多普勒域索引對應(yīng)的目標(biāo)回波信號幅值分別進行歸一化后相乘得到相關(guān)系數(shù)corr2；

41、將第一具體單元內(nèi)的目標(biāo)回波信號幅值和第二具體單元內(nèi)的目標(biāo)回波信號幅值分別進行歸一化后相乘得到相關(guān)系數(shù)corr3；

42、根據(jù)相關(guān)系數(shù)corr1、corr2和corr3將目標(biāo)函數(shù)設(shè)置為：

43、-min([abs(corr1),abs(corr2),abs(corr3)])

44、其中，abs代表絕對值函數(shù)。

45、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于：

46、本發(fā)明通過對兩個雷達獲取到的目標(biāo)回波信號進行動目標(biāo)檢測得到兩個雷達的距離-多普勒域信號，篩選其中幅值最高的單元進一步得到雷達的距離-多普勒域索引，通過轉(zhuǎn)換公式對距離-多普勒域索引進行配準(zhǔn)，根據(jù)配準(zhǔn)后的距離-多普勒域索引建立目標(biāo)函數(shù)并通過遺傳算法求解，最終通過梯度下降優(yōu)化得到?jīng)Q定雷達a與雷達b之間旋轉(zhuǎn)矩陣的參數(shù)和平移向量的參數(shù)；本發(fā)明僅需目標(biāo)在兩個雷達下的坐標(biāo)，通過對距離-多普勒域信號最大幅值單元進行配準(zhǔn)，降低了配準(zhǔn)數(shù)據(jù)量，提高了參數(shù)求解運算效率；同時考慮了一維相關(guān)系數(shù)，并使用梯度下降法對遺傳算法求得參數(shù)進行優(yōu)化，使得參數(shù)更加精確。

47、以下將結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明做進一步詳細(xì)說明。