多基合成孔徑雷達的目標三維定位方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達信號處理技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及雷達探測中多基SAR下對目標進行 三維定位的技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002] SAR是一種全天時、全天候的現(xiàn)代高分辨率微波遙感成像雷達，在軍事偵察、地形 測繪、植被分析、海洋及水文觀測、環(huán)境及災(zāi)害監(jiān)視、資源勘探以及地殼微變檢測等領(lǐng)域， SAR發(fā)揮了越來越重要的作用。
[0003] 多基SAR是一種接收站與發(fā)射站總數(shù)超過2個的SAR系統(tǒng)。它有以下三種模式： 1) 一發(fā)多收（一個發(fā)射站多個接收站）。2)多發(fā)一收。3)多發(fā)多收。多基SAR由于收發(fā) 分置而有著很多突出的優(yōu)點，它能獲取目標的非后向散射信息，具有作用距離遠、隱蔽性和 抗干擾性強等特點。且多基SAR接收站不含大功率器件，其功耗低、體積小、重量輕，便于多 種類型的飛機攜帶，造價較低。由于多基SAR能從多個角度對地物進行成像，從而能夠恢復(fù) 出目標的三維信息，給三維目標定位技術(shù)奠定了基礎(chǔ)?？傊嗷鵖AR作為一種空間對地觀 測的新手段，在民用和軍用領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展空間。
[0004]多基SAR由于收發(fā)分置而有著很多突出的優(yōu)點，它能獲取目標的非后向散射信 息，具有作用距離遠、隱蔽性和抗干擾性強等特點。另外，由于多基SAR接收機不含大功率 器件，其功耗低、體積小、重量輕，便于多種類型的飛機攜帶，造價較低。多基SAR是一種接 收站與發(fā)射站總數(shù)超過2個的SAR系統(tǒng)。它有以下三種模式：1) 一發(fā)多收（一個發(fā)射站多 個接收站）。2)多發(fā)一收。3)多發(fā)多收。它的特點在于能從多個角度對目標物體進行成 像，從而能夠恢復(fù)出目標的三維位置信息，這給三維目標定位技術(shù)奠定了基礎(chǔ)?？傊嗷?SAR作為一種空間對地觀測的新手段，在民用和軍用領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展空間。
[0005] 相關(guān) 文獻：AnImprovedTargetLocationAlgorithmforGeneral AirborneBistaticSARSystem,XinZhou,YongLiandYaLi,Publication Year: 2013,Page(s) : 1-4.中，給出了一種雙基SAR目標定位方法，但利用了多普勒質(zhì)心信 息進行目標定位。因此，它會受到多普勒質(zhì)心估計誤差的影響，定位精度無法得到保證。另 外，它不能恢復(fù)出目標的三維信息，從而不適合用于多基SAR定位中。
[0006]相關(guān)文獻：S.Wenfeng，C.An，andZ.Changyao，"Range-dopplerapproach forcalibrationandlocationofair-borneSARimage，"inRadar, 2006.CIE^ 06. InternationalConferenceon，Oct2006,pp. 1-4?中，只考慮在單基SAR情況下的目標 定位，由于在多基SAR配置下，雙基距離和方程與多普勒頻率方程無法直接求解，所以它們 無法應(yīng)用到多基SAR目標定位中；又由于它需要用多普勒質(zhì)心，因此多普勒質(zhì)心估計誤差 會嚴重影響它的目標定位精度。
[0007]相關(guān)文獻：J.Caffery，J.J.，"AnewapproachtothegeometryofT0A location，"inVehicularTechnologyConference，2000.IEEE-VTSFallVTC2000.52nd， vol. 4, 2000,pp. 1943-1949vol. 4.中，提出了一種基于最小乘法的地基多基雷達目標定位 方法，由于該定位方法對回波延時的估計誤差非常敏感，它的定位誤差有10米，這遠大于SAR圖像分辨率，所以定位精度無法得到保證，無法用于多基SAR目標定位中。
[0008] 綜上，傳統(tǒng)距離多普勒目標定位方法存在多普勒質(zhì)心估計不準和無法定位高度的 問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0009] 為解決傳統(tǒng)距離多普勒目標定位方法中的多普勒質(zhì)心估計問題和無法定位目標 高度的問題，本發(fā)明提供一種多基合成孔徑雷達的目標三維定位方法。
[0010] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：多基合成孔徑雷達的目標三維定位方法，包含以下步驟：
[0011] S1 :建立三維地理坐標系，確定場景中心點多普勒質(zhì)心，并根據(jù)幾何關(guān)系得到發(fā)射 站和接收站的距離歷史，根據(jù)得到的發(fā)射站和接收站的距離歷史得到回波數(shù)據(jù)；
[0012] S2:根據(jù)發(fā)射機發(fā)射的線性調(diào)頻信號作為參考對回波數(shù)據(jù)進行距離向脈壓，并根 據(jù)數(shù)值RD算法對回波數(shù)據(jù)進行距離徙動校正；
[0013] S3:對不同距離門構(gòu)造不同的方位向參考函數(shù)，根據(jù)構(gòu)造的方位向參考函數(shù)對回 波數(shù)據(jù)進行方位向脈壓；
[0014] S4:根據(jù)回波數(shù)據(jù)的時延計算目標點在各個SAR圖像中的雙基距離和；
[0015] S5:根據(jù)步驟S4得到的雙基距離和，以及目標點所對應(yīng)的方位向時刻計算目標點 三維位置坐標。
[0016]進一步地，所述步驟S1具體為：設(shè)定方位向時間的中心時刻記為零時刻，將此刻 的接收機的位置設(shè)為（XK,yK,hK)，其中，xK、yjph!；分別為接收站的x軸、y軸和h軸坐標， 以接收機飛行方向為Y軸正方向，高度正方向為H軸正方向，建立三維地理坐標系，則方位 向零時刻即為場景中心點的多普勒質(zhì)心時刻。
[0017]本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明公開了一種多基合成孔徑雷達的目標三維定位方法， 通過：場景中心點多普勒質(zhì)心估計；回波數(shù)據(jù)距離向脈壓和距離徙動校正；回波數(shù)據(jù)方位 向脈壓；計算目標點在各個圖像中的雙基距離和；計算目標點三維位置坐標；本發(fā)明的方 法利用多基SAR圖像各自的收發(fā)距離和信息進行目標三維定位，從而固定了多普勒質(zhì)心， 并且定位過程只需要用到雙基距離和與多基SAR的坐標位置，避免了現(xiàn)有的距離多普勒目 標定位方法中多普勒質(zhì)心估計誤差引入的目標定位誤差，并解決了現(xiàn)有定位方法不能恢復(fù) 起伏目標高度信息的問題。同時，本發(fā)明的方法可以靈活應(yīng)用于基于多基SAR的地物高程 測量、幾何校正、目標定位、運動目標探測等領(lǐng)域。
【附圖說明】
[0018] 圖1是本發(fā)明提供方法的流程圖。
[0019] 圖2是本發(fā)明【具體實施方式】采用的移不變模式多基SAR系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
[0020] 圖3是本發(fā)明【具體實施方式】中采用的目標場景布置圖。
[0021] 圖4是本發(fā)明【具體實施方式】中回波距離向脈壓后的二維時域圖；
[0022] 其中，a圖是第一個收發(fā)組合的脈壓后回波數(shù)據(jù)；b圖是第二個收發(fā)組合的脈壓后 回波數(shù)據(jù)；c圖是第三個收發(fā)組合的脈壓后回波數(shù)據(jù)；d圖是第四個收發(fā)組合的脈壓后回波 數(shù)據(jù)。
[0023] 圖5是本發(fā)明【具體實施方式】中利用計算出的參考點位置，圖像進行距離徙動校正 和方位向脈壓后的圖像；
[0024] 其中，A圖是第一個收發(fā)組合的聚焦后回波數(shù)據(jù)；B圖是第二個收發(fā)組合的聚焦后 回波數(shù)據(jù)；C圖是第三個收發(fā)組合的聚焦后回波數(shù)據(jù)；D圖是第四個收發(fā)組合的聚焦后回波 數(shù)據(jù)。
【具體實施方式】
[0025] 為便于本領(lǐng)域的技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，現(xiàn)結(jié)合附圖對本發(fā)明的技術(shù)方 案做進一步地闡述。
[0026] 如圖1所示為本發(fā)明的方案流程圖，本發(fā)明的技術(shù)方案為：多基合成孔徑雷達的 目標三維定位方法，包含以下步驟：
[0027]S1:建立三維地理坐標系，并確定方位向零時刻為場景中心點多普勒質(zhì)心，根據(jù)幾 何關(guān)系生成回波數(shù)據(jù)；
[0028] S2:根據(jù)發(fā)射的線性調(diào)頻信號作為參考對回波數(shù)據(jù)進行距離向脈壓，并根據(jù)數(shù)值 RD算法對回波數(shù)據(jù)進行距離徙動校正；
[0029]S3:對不同距離門構(gòu)造不同的方位向參考函數(shù)，根據(jù)構(gòu)造的方位向參考函數(shù)對回 波數(shù)據(jù)進行方位向脈壓；
[0030]S4:根據(jù)回波數(shù)據(jù)的時延計算目標點在各個SAR圖像中的雙基距離和；
[0031]S5:根據(jù)步驟S4得到的雙基距離和，以及目標點所對應(yīng)的方位向時刻計算目標點 三維位置坐標。
【主權(quán)項】
1. 多基合成孔徑雷達的目標三維定位方法，其特征在于，包含以下步驟： 51 :建立三維地理坐標系，確定場景中心點多普勒質(zhì)心，并根據(jù)幾何關(guān)系得到發(fā)射站和 接收站的距離歷史，根據(jù)得到的發(fā)射站和接收站的距離歷史得到回波數(shù)據(jù)； 52 :根據(jù)發(fā)射機發(fā)射的線性調(diào)頻信號作為參考對步驟Sl得到的回波數(shù)據(jù)進行距離向 脈壓，并根據(jù)數(shù)值RD算法對距離向脈壓后的回波數(shù)據(jù)進行距離徙動校正； 53 :對不同距離門構(gòu)造不同的方位向參考函數(shù)，根據(jù)構(gòu)造的方位向參考函數(shù)對經(jīng)步驟 S2得到的回波數(shù)據(jù)進行方位向脈壓； 54 :根據(jù)步驟S3得到的回波數(shù)據(jù)的時延計算目標點在各個SAR圖像中的雙基距離和； 55 :根據(jù)步驟S4得到的雙基距離和，以及目標點所對應(yīng)的方位向時刻計算目標點三維 位置坐標。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述步驟Sl具體為：設(shè)定方位向時間的 中心時刻記為零時刻，將此刻的接收機的位置設(shè)為（?yK，hK)，其中，XK、y#PhK分別為接收 站的X軸、y軸和h軸坐標，以接收機飛行方向為Y軸正方向，高度正方向為H軸正方向，建 立三維地理坐標系，則方位向零時刻即為場景中心點的多普勒質(zhì)心時刻。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種多基合成孔徑雷達的目標三維定位方法，通過：場景中心點多普勒質(zhì)心估計；回波數(shù)據(jù)距離向脈壓和距離徙動校正；回波數(shù)據(jù)方位向脈壓；計算目標點在各個圖像中的雙基距離和；計算目標點三維位置坐標；本發(fā)明的方法利用多基SAR圖像各自的收發(fā)距離和信息進行目標三維定位，從而固定了多普勒質(zhì)心，避免了現(xiàn)有的距離多普勒目標定位方法中多普勒質(zhì)心估計誤差引入的目標定位誤差，并解決了現(xiàn)有定位方法不能恢復(fù)起伏目標高度信息的問題。本發(fā)明的方法可以靈活應(yīng)用于基于多基SAR的地物高程測量、幾何校正、目標定位、運動目標探測等領(lǐng)域。
【IPC分類】G01S13-90
【公開號】CN104820221
【申請?zhí)枴緾N201510204707
【發(fā)明人】武俊杰, 鐘徐琦, 楊建宇, 黃鈺林, 楊海光, 李中余, 楊曉波
【申請人】電子科技大學
【公開日】2015年8月5日
【申請日】2015年4月27日