【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于合成孔径雷达，尤其涉及一种星载sar场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法。
技术介绍
1、长曲线场景是星载sar观测的一类重要场景，如海岸线、铁路、河流、地震断层等。传统星载sar成像模式的成像带与卫星航迹平行，对长曲线场景成像往往通过多轨重访、多成像带拼接增加沿迹成像带的总体宽度。星载sar场景匹配曲线成像通过连续调整俯仰、方位波束指向生成与曲线场景相“匹配”的成像带，从而实现对长曲线场景的高效率成像。相控阵天线由多个天线单元组成，通过改变每一天线单元通道传输信号的相位与幅度，实现波束的快速扫描和形状变化，但通常扫描角度范围较小；卫星平台机扫扫描角度范围大，但存在角速度、角加速度约束，扫描速度受限。通过相控阵天线电扫和卫星平台机扫协同控制，星载sar场景匹配曲线成像能支持更复杂的曲线场景观测任务，但在该模式的波束控制方面尚不存在理论性研究。
2、现有的星载sar场景匹配曲线成像波束控制方法都是仅使用机扫或仅使用电扫的，缺乏机/电协同波控优化能力，无法充分发挥相控阵体制星载sar的能力。为此，需根据机电协同扫描下的波束变化特点与星载sar场景匹配曲线成像构型设计方法，开展研究星载sar场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法，在星载sar场景匹配曲线成像下优化相控阵电扫和卫星平台机扫角度，实现机/电协同波束控制。
技术实现思路
1、有鉴于此，本专利技术提供一种星载sar场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法，能够在卫星轨道坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵
2、为实现上述专利技术目的，本专利技术的技术方案为：
3、一种星载sar场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法，具体步骤包括：
4、步骤一、利用相控阵体制星载sar非沿迹模式波束控制方法，联立波束指向转移矩阵，得到卫星轨道坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵表达式；
5、步骤二、利用星载sar非沿迹多目标成像星地构型联合设计与优化方法，得到卫星轨道坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵设计结果，从而解得相控阵波束控制角、卫星机扫滚转、俯仰、偏航角和欧拉角的解析关系；
6、步骤三、利用电扫角度与机扫角度的解析关系，将卫星机扫角度时序建立为多项式模型，解得对应的电扫角度时序；
7、步骤四、利用pso算法，在电扫角度、机扫角速度及角加速度范围的约束下，优化机扫时序，求得扫描角度最小的机扫时序，输出相控阵电扫波束控制角α、β和卫星机扫调整的滚转、俯仰、偏航角θt、ψt的时序。
8、进一步的，步骤一的具体方法为：
9、由相控阵体制卫星中，卫星轨道坐标系到相控阵天线本体坐标系的转移矩阵horbit2ant，再利用相控阵体制星载sar非沿迹模式波束控制方法，得到相控阵天线本体坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵hant2sar，通过相互之间的关系联立转移矩阵，得到卫星轨道坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵horbit2sar。转移矩阵间的关系为：
10、horbit2sar＝hant2sar*horbit2ant (1)
11、进一步的，hant2sar的表达式为：
12、
13、其中，α为波束距离向电扫角度，β为波束方位向电扫角度。
14、进一步的，horbit2sar的表达式为：
15、
16、其中，θ、ψ分别为欧拉角中的滚转角、俯仰角、偏航角。
17、进一步的，步骤二的具体方法为：
18、利用星载sar非沿迹多目标成像星地构型联合设计与优化方法，得到卫星轨道坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵设计结果，通过联立代入horbit2sar，得到相控阵波束控制角α、β和卫星机扫滚转、俯仰、偏航角θt、ψt之间的解析关系，如下式所示：
19、
20、其中hij表示转移矩阵horbit2sar*horbit2antt中的第i行第j列所对元素。
21、进一步的，步骤三的具体方法为：
22、利用步骤二解得的电扫角度与机扫角度的解析关系，将卫星机扫角度时序建立为多项式模型，解得对应的电扫角度时序。卫星机扫调整角度的多项式模型(以三阶模型为例)表达式为：
23、
24、其中，θt、ψt分别为卫星机扫调整的滚转角、俯仰角、偏航角的瞬时值。
25、进一步的，步骤四的具体方法为：
26、根据机扫角度变化最小的目标及系统能力约束建立优化函数，利用pso算法优化机扫时序，输出最优的相控阵电扫波束控制角α、β和卫星机扫调整的滚转、俯仰、偏航角θt、ψt的时序。优化函数为：
27、
28、其中多项式的系数ci、di、ei为待优化的变量；αmax、βmax分别为卫星距离向和方位向电扫角度的最大值；vr、vp、vy分别为机扫滚转角、俯仰角、偏航角的最大角速度；ar、ap、ay分别为机扫滚转角、俯仰角、偏航角的最大角加速度。
29、有益效果：
30、1、本专利技术解决了现有的星载sar场景匹配曲线成像波束控制方法都是仅使用机扫或仅使用电扫的，缺乏机/电协同波控优化能力的问题，可在系统能力约束下实现机/电协同波控优化。
31、2、本专利技术的步骤一、二中，在卫星轨道坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵已知的情况下，解出了相控阵波束控制角、卫星机扫滚转、俯仰、偏航角和欧拉角的解析关系，为后续检测抑制奠定研究基础。
32、3、本专利技术的步骤三给出了一种基于多项式模型的机扫时序，可较好的表征机扫的变化过程，同时基于上述解析关系，解出对应的电扫时序。
33、4、本专利技术的步骤四提出了一种带约束的pso方法，可在满足系统能力约束的情况下，完成机/电协同扫描的波控优化，得到变化最小的机扫角度时序以及对应的电扫时序。
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1.星载SAR场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的星载SAR场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法,其特征在于,所述步骤一中,卫星轨道坐标系到相控阵天线本体坐标系的转移矩阵为：
3.如权利要求1所述的星载SAR场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法,其特征在于,所述步骤一中,生成卫星轨道坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵Horbit2sar的方法为:
4.如权利要求1所述的星载SAR场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法,其特征在于,所述步骤二中,相控阵波束控制角α、β和卫星机扫滚转、俯仰、偏航角解析关系为:
5.如权利要求1所述的星载SAR场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法,其特征在于,所述步骤三中,机扫角度的三阶多项式模型为：
6.如权利要求1所述的星载SAR场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法,其特征在于,所述步骤四中,PSO算法优化模型为：
【技术特征摘要】
1.星载sar场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.如权利要求1所述的星载sar场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法,其特征在于,所述步骤一中,卫星轨道坐标系到相控阵天线本体坐标系的转移矩阵为：
3.如权利要求1所述的星载sar场景匹配曲线成像机/电协同波控优化方法,其特征在于,所述步骤一中,生成卫星轨道坐标系到相控阵波束坐标系的转移矩阵horbit2sar的方法为:
<...【专利技术属性】
技术研发人员：王岩，郭清瑞，陈轲，黄晋洋，史一鹏，
申请(专利权)人：北京理工大学，
类型：发明
国别省市：
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