坐标系周期重建的SAR多子区成像射频仿真方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及一种坐标系周期重建的SAR多子区成像射频仿真方法及系统，方法包括SAR回波模拟器按通信周期接收仿真机模拟的飞行器经纬高、速度、加速度，以及飞行器载SAR待成像子区中心经纬高，通过射频电缆接收SAR的射频激励信号、时钟信号和雷达脉冲同步信号，接收总线快提设备发送的SAR的波束指向角；SAR回波模拟器通过坐标系重建、雷达波束地面中心点修正、子区在线切换、场景传函计算、SAR回波生成和周期坐标系撤销进行单个子区的SAR回波模拟，实时生成单个子区的SAR回波；采用单个子区的SAR回波模拟方法，SAR回波模拟器对仿真过程中所有子区的SAR回波进行实时生成。本发明专利技术提高了飞行器SAR景象匹配制导射频半实物仿真的准确性和试验效率。准确性和试验效率。准确性和试验效率。

【技术实现步骤摘要】
坐标系周期重建的SAR多子区成像射频仿真方法及系统


[0001]本专利技术涉及射频仿真
，尤其涉及一种坐标系周期重建的SAR多子区成像射频仿真方法及系统。

技术介绍

[0002]景象匹配定位技术是提高飞行器寻的精度的重要手段，在卫星拒止条件下，惯导漂移会导致飞行路线漂移规划航迹，此时需通过景象匹配后的地面点结果对飞行器自身位置进行修正，获得航迹的精确定位，最终实现对目标的精确寻的。
[0003]飞行器SAR景象匹配制导的工作原理是以SAR成像为基础，依据飞行前规划的多个成像匹配点(称为成像子区中心)，在成像过程中通过控制机载SAR向指定匹配点发射宽频带信号获得距离高分辨，由飞行器与目标在方位向的相对运动带来的多普勒实现方位高分辨，经成像处理后得到该子区SAR图像，并与基准图像进行配准，提取特征点的斜距和多普勒信息，从而实现辅助定位修正，消除时间带来的惯导漂移误差。
[0004]在飞行器SAR景象匹配制导射频半实物仿真试验中，传统方法需要提前按照规划匹配点对基准图进行裁剪、编码和参数配置，并在一固定坐标系下实现所有子区回波的计算。该技术有两点明显的缺陷：一是基准图常为高斯平面坐标和高程信息，飞行器位置则为经纬高坐标，对于高速飞行的飞行器，匹配点选取间隔较远，将飞行器和各子区在同一场景坐标系下进行斜距计算时，受地球曲率影响会引入坐标转换误差，影响子区中心点在基准图上的位置以及飞行器和子区散射点之间的斜距，相应地，波束照射范围与理论存在偏差、SAR成像中心点偏移，从而令匹配定位误差变大；二是模拟器航迹配置准备工作量大、计算量大、使用方式固定，不同子区切换和波束照射范围计算时处理比较繁琐。因此，如何在飞行器SAR景象匹配制导射频半实物仿真试验中实现子区在线自动切换、雷达波束照射范围内像元与飞行器的斜距精确计算，是提高飞行器SAR景象匹配制导射频半实物仿真的准确性和试验效率的关键问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述的分析，本专利技术旨在公开了一种坐标系周期重建的SAR多子区成像射频仿真方法及系统。解决飞行器SAR景象匹配制导射频半实物仿真的准确性和试验效率的关键问题。
[0006]本专利技术一方面公开了一种坐标系周期重建的SAR多子区成像射频仿真方法，包括以下步骤：
[0007]SAR回波模拟器按通信周期接收仿真机模拟的飞行器经纬高、速度、加速度，以及飞行器载SAR待成像子区中心经纬高，通过射频电缆接收SAR的射频激励信号、时钟信号和雷达脉冲同步信号，接收总线快提设备发送的SAR的波束指向角；
[0008]SAR回波模拟器通过坐标系重建、雷达波束地面中心点修正、子区在线切换、场景传函计算、SAR回波生成和周期坐标系撤销进行单个子区的SAR回波模拟，实时生成单个子
区的SAR回波；
[0009]采用单个子区的SAR回波模拟方法，SAR回波模拟器对仿真过程中所有子区的SAR回波进行实时生成。
[0010]进一步地，SAR回波模拟器进行单个子区的SAR回波模拟中所述的坐标系重建包括：
[0011]检测到雷达脉冲同步信号且坐标重建标志为无效时，进行坐标重建建立其以当前成像子区中心为原点，三轴指向为北、天、东的周期地理坐标系，计算出飞行器在周期地理坐标系的坐标位置；将坐标重建标志置为有效；所述坐标重建标志在初始状态和在先重建的坐标系撤销时置为无效。
[0012]进一步地，根据飞行器的经纬高坐标和子区中心的经纬高坐标计算得到飞行器在周期地理坐标系的坐标o
t1
：
[0013][0014]其中，(X,Y,Z)为飞行器在地心坐标系的坐标；
[0015][0016](X0,Y0,Z0)为子区中心点在地心坐标系的坐标：
[0017][0018]R
e
为卯酉圈半径，e为地球的第一偏心率。
[0019]进一步地，SAR回波模拟器进行单个子区的SAR回波模拟中所述的雷达波束地面中心点修正包括：
[0020]1)根据雷达波束中心俯仰角α1和方位角β1，计算得到波束中心o
m1
在周期地理坐标系的坐标
[0021]2)根据子区中心o1的经纬度和场景中心O的经纬度计算得到子区中心o1在固定高斯坐标系OXZ的坐标为
[0022]3)根据子区中心o1在固定高斯坐标系坐标和波束中心o
m1
在周期地理坐标系的坐标得到修正后的波束中心o
m1
在固定高斯坐标系的坐标
[0023]进一步地，波束中心o
m1
在周期地理坐标系的坐标
[0024][0025]其中，α1水平方向为0
°
，向上为正，β1北向为0
°
，逆时针为正。
[0026]波束中心o
m1
在固定高斯坐标系的坐标近似表征为：
[0027][0028]进一步地，SAR回波模拟器进行单个子区的SAR回波模拟中所述的子区在线切换为，根据修正后的雷达波束地面中心点在线切换波束照射区域，得到雷达波束照射范围内子区的基准图数据；具体包括：
[0029]1)SAR成像回波模拟器判断坐标重建标志有效；
[0030]2)根据波束中心高斯坐标基准图分辨率(δ
X
,δ
Z
)确定雷达波束中心在基准图二维矩阵的索引值
[0031]3)根据索引值，结合子区像元个数实时得到雷达波束照射范围内基准图数据；
[0032]所述基准图数据包括波束照射区域子区的各像元的散射系数、随机相位和位置坐标。
[0033]进一步地，SAR回波模拟器进行单个子区的SAR回波模拟中所述的场景传函计算包括：
[0034]1)模拟器按照时钟周期对飞行器位置进行递推得到飞行器位置；
[0035]2)逐像元计算像元与飞行器的斜距值；
[0036]3)计算距离引入的相位值；
[0037]4)对每一像元进行相位调制、散射系数幅度加权；
[0038]5)对同一距离门内像元相干叠加，得到该子区场景传递函数。
[0039]进一步地，第k个像元与飞行器的斜距R
k
：
[0040][0041]t
n
时刻的该子区场景传递函数：
[0042][0043]M为落入该距离门像元的个数，A
k
、R
k
、t
k
分φ
k
别表示该距离门内第k个像元回波的幅度、距离、延迟和随机相位，T
s
为系统函数的采样周期；k
rw
为X轴向的像素偏移量，k
cl
为Z轴向的像素偏移量，H
k(cl,rw)
为第k个像元在Y轴上的坐标，λ为雷达信号的波长。
[0044]进一步地，SAR回波模拟器进行单个子区的SAR回波模拟中所述的SAR回波生成包
括：雷达射频激励信号下变频和AD变换后生成本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种坐标系周期重建的SAR多子区成像射频仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：SAR回波模拟器按通信周期接收仿真机模拟的飞行器经纬高、速度、加速度，以及飞行器载SAR待成像子区中心经纬高，通过射频电缆接收SAR的射频激励信号、时钟信号和雷达脉冲同步信号，接收总线快提设备发送的SAR的波束指向角；SAR回波模拟器通过坐标系重建、雷达波束地面中心点修正、子区在线切换、场景传函计算、SAR回波生成和周期坐标系撤销进行单个子区的SAR回波模拟，实时生成单个子区的SAR回波；采用单个子区的SAR回波模拟方法，SAR回波模拟器对仿真过程中所有子区的SAR回波进行实时生成。2.根据权利要求1所述的SAR多子区成像射频仿真方法，其特征在于，SAR回波模拟器进行单个子区的SAR回波模拟中所述的坐标系重建包括：检测到雷达脉冲同步信号且坐标重建标志为无效时，进行坐标重建建立其以当前成像子区中心为原点，三轴指向为北、天、东的周期地理坐标系，计算出飞行器在周期地理坐标系的坐标位置；将坐标重建标志置为有效；所述坐标重建标志在初始状态和在先重建的坐标系撤销时置为无效。3.根据权利要求2所述的SAR多子区成像射频仿真方法，其特征在于，根据飞行器的经纬高坐标和子区中心的经纬高坐标计算得到飞行器在周期地理坐标系的坐标o
t1
：其中，(X,Y,Z)为飞行器在地心坐标系的坐标；(X0,Y0,Z0)为子区中心点在地心坐标系的坐标：R
e
为卯酉圈半径，e为地球的第一偏心率。4.根据权利要求1所述的SAR多子区成像射频仿真方法，其特征在于，SAR回波模拟器进
行单个子区的SAR回波模拟中所述的雷达波束地面中心点修正包括：1)根据雷达波束中心俯仰角α1和方位角β1，计算得到波束中心o
m1
在周期地理坐标系的坐标2)根据子区中心o1的经纬度和场景中心O的经纬度计算得到子区中心o1在固定高斯坐标系OXZ的坐标为3)根据子区中心o1在固定高斯坐标系坐标和波束中心o
m1
在周期地理坐标系的坐标得到修正后的波束中心o
m1
在固定高斯坐标系的坐标5.根据权利要求4所述的SAR多子区成像射频仿真方法，其特征在于，波束中心o
m1
在周期地理坐标系的坐标在周期地理坐标系的坐标其中，α1水平方向为0
°
，向上为正，β1北向为0
°
，逆时针为正；波束中心o
m1
在固定高斯坐标系的坐标近似表征为：6.根据权利要求1所述的SAR多子区成像射频仿真方法，其特征在于，SAR回波模拟器进行单个子区的SAR回波模拟中所述的子区在线切换为，根据修正后的雷达波束地面中心点在线切换波束照射区域，得到雷达波束照...

【专利技术属性】
技术研发人员：巩宁波，刁桂杰，王坤，张思亲，杜鑫，杨亮，
申请(专利权)人：北京机电工程研究所，
类型：发明
国别省市：