[发明专利]基于雷达长时间观测的天体目标转动估计与三维重建方法

权利要求书

1.天体目标转动估计与三维重建方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤一、天体目标运动建模：

在以天体中心为原点的天体惯性坐标系O-XYZ下，天体中心坐标为[0，0，0]^T，设雷达的坐标为[x₀(t)，y₀(t)，z₀(t)]^T；

设天体在惯性坐标系下的转轴为单位向量的方向：

其中，a、b和c分别为单位向量在天体惯性坐标系的三个坐标轴的投影；γ为的方向与Z轴正方向的夹角；为惯性坐标系X轴与OM之间的夹角，OM为向量在惯性坐标系的XOY平面的投影；天体上的第p个散射点Q_p在以天体为中心的惯性坐标系下的初始直角坐标为|x_p0，y_p0，z_p0]^T，p＝1，2，...，P，P表示散射点个数；将上述以天体中心为原点的天体惯性坐标系转换为极坐标系，则第p个散射点Q_p对应的初始极坐标可以表示为[α_p，β_p，H_p]^T，其中，α_p为通过天体惯性坐标系Z轴和Q_p的半平面与天体惯性坐标系XOZ平面所构成的角；β_p为OQ_p与Z轴正方向的夹角；H_p为第p个散射点到原点的距离，即为待搜索的高度值；则第p个散射点对应的天体惯性坐标系下的直角坐标为：

第p个散射点绕转轴以转速ω转动后的坐标为：

其中，r＝[a，b，ω]^T为天体转动参数；t为慢时间；

则平动补偿后第p个散射点回波的斜距历程为：

其中，R_T(t)为补偿的平动；式(5)中，待搜索的参数为天体转动参数r和高度值H_p；

步骤二：设置参数搜索空间：

设置天体转动参数r的搜索空间和散射点高度的搜索空间；

步骤三：首先，将雷达回波分成若干子孔径，在每个子孔径内利用GRFT获得相参积累结果，然后将子孔径间的结果进行非相干积累，从而获得最终的积累输出值；其中，积累过程表示为：

其中，s_r表示脉冲压缩后的回波；N_c表示子孔径个数；T_c表示每个子孔径的时间；λ为波长，c为光速，k为子孔径序号；

然后，在三维参数搜索过程中，在固定每组待搜索转动参数r＝[a，b，ω]^T的情况下，对每个散射点的高度值H_p进行P次一维遍历搜索，每次遍历搜索根据公式(6)得到一系列的积累输出值，保留P个积累输出值的最大值与对应的P个高度值；接着，将上述P个输出最大值叠加，得到目标函数s₁(r)，表示为：

最后，按照式(7)对参数搜索空间中的转动参数进行启发式寻优，当式(7)的目标函数s₁(r)取最大值时，搜索到的转动参数和高度值为目标的真实值；

步骤四：利用获得的P个散射点的高度值对天体的三维形状进行重建。

2.如权利要求1所述的天体目标转动估计与三维重建方法，其特征在于，所述步骤四中，三维重建的公式为：

其中，为第p个散射点三维坐标的估计值。

3.如权利要求1或2所述的天体目标转动估计与三维重建方法，其特征在于，所述步骤三中，非相干积累采用基于混合广义瑞登傅里叶变换(HGRFT)方法实现。

4.如权利要求1或2所述的天体目标转动估计与三维重建方法，其特征在于，所述启发式寻优方法采用粒子群优化算法实现。

5.如权利要求1或2所述的天体目标转动估计与三维重建方法，其特征在于，所述转动参数搜索空间为U＝[1h，4h]×[-0.5，0.5]×[-0.5，0.5]，高度搜索空间为U_H＝[550m，800m]。

6.如权利要求5所述的天体目标转动估计与三维重建方法，其特征在于，高度搜索间隔为0.5m。