[发明专利]用于分布式雷达短时孔径合成的路径规划方法

权利要求书

1.用于分布式雷达短时孔径合成的路径规划方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、建立分布式雷达的几何模型和回波模型；具体实现方法为：在观测区域里设定参考点O并将参考点O作为原点(0,0,0)建立球坐标系，发射机T_m的位置为接收机R的位置为场景里的目标点P位置为其中r、θ、分别表示辐射距离、波束俯仰角和波束方位角；发射机的具体飞行路径由路径规划方法得到；接收机向观测区域飞行，分布式雷达系统中各平台以合成孔径雷达的聚束工作模式采集数据；

发射机发射的线性调频信号为：

其中，rect(·)是矩形函数，τ、T_r、k、f_c分别表示距离向时间变量、脉冲持续时间、调频斜率和时域中的载波频率；

经过解调后，回波的距离频域表达式如下：

其中，c,f_τ,T_a分别表示光速、频域中的载波频率和合成孔径时间，R_p(t)＝R_tp(t)+R_rp(t)表示目标点P的距离历史，R_tp(t)表示发射机发射信号到达目标点P的距离历史，R_rp(t)表示接收机从目标点P接收信号的距离历史；

将参考点O的回波频域设定为参考函数：

其中，R_o(t)＝R_to(t)+R_ro(t)是参考点O的距离历史，R_to(t)表示发射机发射信号到达参考点O的距离历史，R_ro(t)表示接收机从参考点O接收信号的距离历史；

在经过匹配滤波和距离走动校正后，回波信号表示为：

通过远场近似，获得回波的波数域表达式为：

S_B(f_τ,t)＝A·exp[j·(x_pk_x(t)+y_pk_y(t))]

其中，A表示信号的幅度，x_p,y_p分别为目标点P在空间直角坐标系中的横纵坐标，k_x(t)、k_y(t)分别表示决定分布式雷达空间谱分布的波数域变量；

分别表示发射机和接收机相对于参考点的方位角；

最后，进行二维傅里叶逆变换即可实现成像：

g(x,y)＝IFT{G[(k_x(t),k_y(t)]}

通过上述的建模和分析发现分布在波数域中的空间谱决定了目标点的分辨率，空间谱只跟信号频率和发射机运动过程中方位角的变化范围有关；为了得到更高的分辨率等效于在一定时间内合成尽可能大的孔径来获得最大的方位角变化；

S2、建立分布式雷达的路径规划模型，建立优化目标；具体实现方法为：假设两架发射机具有相同的速度，在空间中不同的点开始探测；在一定时间内，两架发射机能够运动相同的距离d；因此，两个发射机能够到达的区域是一个以起点为中心，半径为d的圆；通过分析几何关系，当雷达波束视线相切于圆时，能够获得最大的方位角变化；两个发射机规定路径的起始位置设定在A和B，理论终点分别设定在切点A'和B'，所以||AA'||＝||BB'||＝d；

在保证发射机正常飞行不会撞击地形的情况下选择尽可能短的路径飞向理论终点，并且能够获得尽可能大的方位角变化；根据上述对信号模型和几何模型的分析，建立如下的若干个目标函数对发射机飞行路径进行规划：

假设将发射机飞行路径离散化为N个路径点，它的飞行距离子目标函数表示为：

其中，S_i是路径中的第i点；

因为发射机的飞行高度受到地形的约束，所以地形威胁子目标函数表示为：

其中，h(x,y),z(x,y)分别表示路径上某个点的高度和对应的地形高度；

为了提高成像分辨率需要获得更大的合成孔径，而对于聚束模式的合成孔径雷达而言获得更大的合成孔径可以等效为获得更大的方位角变化；定义分布式雷达成像收发信号过程中的角度积累子目标函数为它用来描述一段时间内发射机的方位角变化：

其中，是发射机相对于参考点O的实际方位角变化，表示理论终点和起点对应的方位角；

最后，定义路径规划的综合目标函数如下：

其中，k₁,k₂,k₃是常数，表示目标函数中每个子目标函数的权重；另一方面，还需要要求飞行路径点h(x,y)与地形点z(x,y)保持一定的安全距离γ；定义飞行路径的上界为h_top，飞行路径点不可超出搜索路径上边界h_top；

最后，为了使雷达波束的视线不受遮挡，还应保证飞行路径点和目标点间的连线上每个点z_Sip不能位于对应的地形点z(x,y)的下方；

综合上述分析，将最优路径规划问题建立为一个多约束条件下的多目标优化问题：

min f(x)

其中，是飞行路径上第i个点和目标点P连线上的第j个点；

S3、采用基于贪婪思想的优化方法来求解优化目标。

2.根据权利要求1所述的用于分布式雷达短时孔径合成的路径规划方法，其特征在于，所述步骤S3具体实现方法为：

S31、读取真实地形数据，首先，建立一个存有允许到达点的开放列表和一个存有不允许到达点的封闭列表；然后，将地形下方的不可到达点添加到封闭列表中，然后设定发射机开始接收回波时的起始点和理论终点；保证起始点的雷达波束视线不被遮挡，即起始点和目标点P间的连线不会穿过地形；

S32、计算相邻点的目标综合函数：计算相邻点到理论终点的欧氏距离作为飞行距离子目标函数f_distance(x)，计算相邻点的地形威胁子目标函数f_treat(x)和角度积累子目标函数综合上述子目标函数，并根据实际应用需求设定相应的权重值，计算出每个相邻点的目标综合函数f(x)；

S33、选择综合目标函数值最小的点，计算飞行路径点和目标点间的空间直线方程再判断飞行路径点和目标点间的连线上的点是否位于该点横纵坐标相同的地形点z(x,y)之下；若是，则将它添加到封闭列表，选择综合目标函数值次小的点进行计算；若否，则将它作为下一个路径点，并添加到开放列表中，将剩下的其他点添加到封闭列表中；

S34、重复步骤S32、S33直至到达预设的理论终点；

S35、回溯开放列表，获得最优路径规划结果。