[发明专利]双基前视SAR俯冲段雷达发射机轨道设计方法

摘要

一种双基前视SAR俯冲段雷达发射机轨道设计方法，其步骤包括：(1)建模；(2)确定雷达发射机初始位置；(3)确定下一时刻雷达发射机的位置；(4)计算地距分辨率；(5)计算多普勒分辨；(6)判断是否满足分辨率条件；(7)判断瞬时偏移角是否为零；(8)增大衰减步长；(9)判断调整后的瞬时偏移角是否为零；(10)记录下一时刻雷达发射机的位置参数；(11)判断探测是否完成；(12)整合雷达发射机的飞行轨迹。本发明采用线性衰减模型，提出了一种双基前视SAR俯冲段雷达发射机轨道设计方法，摒弃了以往设计双基雷达发射机轨道不能机动调整的方法，使得雷达发射机能够自主调整飞行轨道，以达到对目标的最佳分辨。

主权项

一种双基前视SAR俯冲段雷达发射机轨道设计方法，包括以下步骤：(1)建模：(1a)根据右手螺旋定则，以雷达待探测目标为坐标原点，建立高机动平台双基前视合成孔径雷达SAR雷达发射机轨道三维直角坐标系xyPz；(1b)在三维直角坐标系xyPz中，将雷达接收机置于垂直平面yPz内，将初始位置的雷达发射机置于与垂直平面yPz成夹角为ψ₀的平面内，ψ₀表示初始时刻雷达发射机相对于垂直平面yPz的瞬时偏移角，ψ₀的取值范围是30°～60°；(1c)建立雷达发射机瞬时偏移角从起始角度开始，以当前时刻衰减步长Δψ进行衰减的雷达发射机轨道线性衰减模型，其中，下一时刻的瞬时偏移角由下式计算得到：ψ_k+1＝ψ_k‑Δψ其中，ψ_k+1、ψ_k分别表示下一时刻和当前时刻雷达发射机相对于垂直平面yPz的瞬时偏移角，k表示当前时刻，k+1表示下一时刻，k的取值范围是0≤k≤N，Δψ表示当前时刻瞬时偏移角的衰减步长，Δψ的取值范围是Δψ的初始值是N表示雷达探测目标的时间段的个数，ψ₀表示初始时刻雷达发射机相对于垂直平面yPz的瞬时偏移角；(2)确定雷达发射机初始位置：按照下式，计算雷达发射机的初始坐标参数：x_T0＝x_R0+Δxy_T0＝y_R0+Δyz_T0＝z_R0其中，x_T0、y_T0、z_T0分别表示雷达发射机的初始坐标值，x_R0、y_R0、z_R0分别表示雷达接收机的初始坐标值，T表示雷达发射机，R表示雷达接收机，0表示时间的初始时刻，Δx、Δy分别表示雷达发射机和雷达接收机在x、y轴方向之间的距离；(3)确定下一时刻雷达发射机的位置：(3a)分别用当前时刻雷达发射机，在x轴、y轴方向的坐标值与雷达发射机一个合成孔径时间内在x轴、y轴方向飞行的距离之和，作为下一时刻雷达发射机在x轴、y轴方向的位置；(3b)用下一时刻雷达接收机在z轴方向的坐标值，作为下一时刻雷达发射机在z轴方向的坐标值；(3c)采用瞬时偏移角的线性衰减模型，计算下一时刻雷达发射机的瞬时偏移角；(4)计算地距分辨率：(4a)按照下式，分别计算雷达发射机和雷达接收机的瞬时斜距：R_T＝x_Ti+y_Tj+H_TlR_R＝x_Ri+y_Rj+H_Rl其中，R_T、R_R分别表示雷达发射机和雷达接收机与待探测目标的斜距，T表示雷达发射机，R表示雷达接收机，x_T、y_T、H_T分别表示雷达发射机在x、y、z方向的坐标值，i、j、l分别表示高机动平台双基前视合成孔径雷达SAR交叉轨道三维直角坐标系中坐标轴x、y、z的单位向量，x_R、y_R、H_R分别表示雷达接收机在x、y、z方向的坐标值；(4b)用雷达发射机的斜距除以雷达发射机的高度，得到雷达发射机的单位斜距矢量；用雷达接收机的斜距除以雷达接收机的高度，得到雷达接收机的单位斜距矢量；(4c)按照下式，计算雷达接收回波信号的时延：$t=\frac{R_T+R_R}{c}$其中，t表示雷达接收回波信号的时延，R_T、R_R分别表示雷达发射机和雷达接收机与目标的斜距，T表示雷达发射机，R表示雷达接收机，c表示光速；(4d)利用梯度法，对雷达接收回波时延求瞬时时间梯度，将瞬时时间梯度投影到水平坐标面xPy上，得到在水平面内的时间梯度；(4e)对雷达发射信号带宽求倒数，得到时间分辨率；(4f)将时间分辨率与水平时间梯度相比，得到地距分辨率；(5)计算多普勒分辨率：(5a)按照下式，分别计算雷达发射机和雷达接收机的速度矢量：V_T＝V_T1i·cosψ_k+1+V_T1j·sinψ_k+1‑V_T2lV_R＝V_R1i‑V_R2l其中，V_T、V_R分别表示雷达发射机和雷达接收机的速度矢量，V_T1和V_R1分别表示雷达发射机和雷达接收机在水平坐标面xPy内的速度分量值，T表示雷达发射机，R表示雷达接收机，V_T2和V_R2分别表示雷达发射机和雷达接收机在高度向Z坐标轴的速度分量值；i、j、l分别表示高机动平台双基前视合成孔径雷达SAR交叉轨道三维直角坐标系中坐标轴x、y、z的单位向量，ψ_k+1表示下一时刻雷达发射机相对于垂直平面yPz的瞬时偏移角，k表示当前时刻，k+1表示下一时刻，k的取值范围是0≤k≤N，N表示雷达探测目标的时间段的个数；(5b)由雷达发射机和雷达接收机相对于探测目标的径向速度，分别求得雷达发射机和雷达接收机的多普勒频率；(5c)对雷达发射机和雷达接收机的多普勒频率求和，得到双基多普勒频率；(5d)利用梯度法，对双基多普勒频率求多普勒频率梯度矢量，将多普勒频率梯度矢量投影到水平坐标面xPy上，得到在水平坐标面xPy的多普勒频率梯度；(5e)对合成孔径时间求倒数，得到多普勒间隔；(5f)将多普勒间隔与水平多普勒矢量相比，得到多普勒分辨率；(6)判断是否满足分辨率条件：判断多普勒分辨率和地距分辨率是否同时小于3米，若否，则执行步骤(7)，若是，则执行步骤(10)；(7)判断瞬时偏移角是否为零：判断下一时刻的瞬时偏移角ψ_k+1是否为零，若是，则执行步骤(2)，若否，则执行步骤(8)；(8)增大衰减步长：按照下式，增大衰减步长：${\mathrm{\Δ\ψ}}^{\′}=\mathrm{\Δ}\mathrm{\ψ}+\frac{1}{10}\·\frac{{\mathrm{\ψ}}_0}{N}$其中，Δψ′表示增大后的衰减步长，Δψ表示当前时刻的衰减步长，Δψ的取值范围是Δψ的初始值是N表示雷达探测目标的时间段的个数，ψ₀表示初始时刻雷达发射机相对于垂直平面yPz的瞬时偏移角；(9)判断调整后的瞬时偏移角是否为零：若是，则执行步骤(2)，若否，则执行步骤(3)；(10)记录下一时刻雷达发射机的位置参数：记录下一时刻雷达发射机的位置参数，同时继续对目标进行探测；(11)判断探测是否完成：雷达接收机判断是否完成对预订目标的探测，若是，则执行步骤(12)，否则，执行步骤(3)；(12)整合雷达发射机的飞行轨迹：将雷达发射机对目标探测获得的所有时刻的位置连接起来，得到雷达发射机的飞行轨迹。