本發(fā)明涉及sar雷達信號處理，具體涉及一種目標高度已知的sar動目標一維測角定位方法。

背景技術(shù)：

1、合成孔徑雷達(synthetic?aperture?radar，sar)具有遠距離、高分辨、全天候等特點，廣泛應(yīng)用于軍事偵察與制導。sar圖像中感興趣目標的三維空間位置信息是sar圖像應(yīng)用的重要參數(shù)。

2、對于靜止目標，目標位置信息可以通過距離多普勒值與雷達平臺和目標之間的空間幾何關(guān)系進行換算。對于運動目標，目標速度會引起附加的多普勒偏移且目標速度未知，仍采用靜止目標的定位方法對運動目標進行定位存在很大的定位偏差，因此可以采用和差測角技術(shù)對運動目標進行測角定位。

3、傳統(tǒng)和差測角定位方法通過方位向和俯仰向兩維測角結(jié)果、目標斜距和坐標轉(zhuǎn)換實現(xiàn)目標三維空間定位。然而，兩維測角定位方法對硬件系統(tǒng)要求較高，要求系統(tǒng)在方位和俯仰兩個維度都進行子陣劃分與波束合成，同時信號處理需要完成至少3個通道數(shù)據(jù)的sar成像?？紤]到平臺與目標的高度信息沒有用于兩維測角定位過程，且某些情況下目標高度信息較容易獲取。為此，提出一種目標高度已知的sar動目標一維測角定位方法。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于：如何實現(xiàn)目標高度已知情況下sar動目標的一維測角定位工作，提供了一種目標高度已知的sar動目標一維測角定位方法，該方法基于sar圖像和通道與方位差通道兩個通道的距離多普勒復(fù)數(shù)據(jù)，通過比幅測角、坐標變換以及方程組求解完成目標的三維空間定位。

2、本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問題的，本發(fā)明包括以下步驟：

3、s1：目標像元一維測角

4、基于和-方位差兩通道復(fù)圖像數(shù)據(jù)，采用差-和比幅測角方法完成目標像元的方位維測角；

5、s2：天線系下目標z向坐標計算

6、根據(jù)天線波束中心指向角和步驟s1的方位維測角結(jié)果計算天線系下目標方位向視線角，并通過目標方位向視線角與目標斜距計算目標在天線系下的z向坐標；

7、s3：列方程組求解輔助系下目標矢量

8、根據(jù)天線系下目標z向坐標、輔助系下平臺與目標相對高度、目標斜距以及輔助系到天線系的坐標變換矩陣列方程組求解輔助系下目標矢量坐標；

9、s4：輔助系下目標矢量有效性判斷

10、根據(jù)輔助系下目標矢量坐標和坐標轉(zhuǎn)換關(guān)系，將目標矢量轉(zhuǎn)換到天線系下并計算目標俯仰視線角偏差，通過目標俯仰視線角偏差是否小于半波束寬度判斷目標矢量坐標是否有效；

11、s5：目標系下目標三維坐標計算

12、當存在有效目標矢量，根據(jù)輔助系下目標矢量坐標與目標系平臺位置，求解出目標系下目標三維坐標。

13、更進一步地，在所述步驟s1～s5中，天線系即天線坐標系，目標系即目標坐標系，輔助系即輔助坐標系；其中，天線系以天線陣面中心為原點oa，oaxa與天線陣面的法線方向一致，oaya在天線陣面內(nèi)指向上，oa-xayaza構(gòu)成右手直角坐標系，目標系以成像區(qū)域內(nèi)指定點為原點，otxt軸在成像水平面內(nèi)指向北，otyt軸沿指定點地垂線向上，ot-xtytzt為右手直角坐標系，輔助系是目標系的平移，將目標系原點平移到成像時刻平臺正下方目標高度平面上，osxs軸在目標高度平面內(nèi)指向北，osys軸沿地垂線向上，os-xsyszs為右手直角坐標系。

14、更進一步地，在所述步驟s1中，具體處理過程如下：

15、s11：計算目標所在像元復(fù)圖像數(shù)據(jù)方位差通道與和通道比值的幅度和相位，和通道與方位差通道復(fù)數(shù)據(jù)形式如下：

16、

17、其中，σ、σi和σq分別為和通道像元復(fù)數(shù)、實部和虛部，δ、δi和δq分別為差通道像元復(fù)數(shù)、實部和虛部，j為虛數(shù)單位；

18、則差和比如下：

19、

20、差和比的幅度和相位分別為：

21、

22、s12：根據(jù)差和比幅度與實測的幅度-角度曲線查表插值計算方位測角值，并通過差和比相位的極性判斷測角值的極性，得到方位維測角結(jié)果φaz。

23、更進一步地，在所述步驟s2中，具體處理過程如下：

24、s21：根據(jù)天線波束指向角計算天線系波束中心矢量如下：

25、

26、其中，a為天線系下波束中心矢量，ax、ay、az為矢量a的三向坐標，α和β分別為天線波束方位指向角和俯仰指向角；

27、s22：根據(jù)幾何關(guān)系計算天線系波束中心視線角如下：

28、

29、其中，和分別為波束中心方位向視線角和俯仰向視線角，方位向視線角和俯仰向視線角幾何定義分別為視線與oa-yaxa和oa-zaxa的夾角；

30、s23：根據(jù)目標方位測角結(jié)果和波束中心視線角計算目標方位向視線角

31、

32、s24：根據(jù)目標方位向視線角和目標斜距rt計算目標在天線系下的z向坐標atz：

33、

34、更進一步地，在所述步驟s3中，具體處理過程如下：

35、s31：計算輔助系到天線系的坐標變換矩陣m：

36、

37、其中，m0～m8為矩陣m的元素，mst和mat分別為天線安裝角轉(zhuǎn)換矩陣和平臺姿態(tài)角轉(zhuǎn)換矩陣；

38、s32：根據(jù)輔助系到天線系轉(zhuǎn)換關(guān)系、目標斜距以及目標系下平臺相對目標高度信息列方程組，輔助系到天線系轉(zhuǎn)換關(guān)系如下：

39、

40、方程組如下：

41、

42、其中，at為目標在天線系下矢量，atx、aty、atz為矢量at的三向坐標，st為目標在輔助系下矢量，stx、sty、stz為矢量st的三向坐標，h為目標系下平臺和目標之間的相對高度；m6、m7、m8、atz、rt、h均為已知量；

43、進而將方程組簡化為二元二次方程組如下：

44、

45、s33：求解上述二元二次方程組，得到輔助系下目標矢量坐標1和目標矢量坐標2：

46、

47、其中，

48、更進一步地，在所述步驟s4中，具體處理過程如下：

49、s41：根據(jù)步驟s3求解所得輔助系目標矢量坐標和輔助系到天線系轉(zhuǎn)換關(guān)系計算天線系下目標矢量at_i＝[atx_i?aty_i?atz_i]t，i＝1,2分別對應(yīng)目標矢量坐標1和目標矢量坐標2；

50、s42：根據(jù)天線系波束中心視線角公式計算天線系下目標俯仰向視線角

51、

52、s43：將目標俯仰向視線角與波束中心俯仰向視線角進行比較，得到目標俯仰視線角偏差

53、

54、s44：根據(jù)目標俯仰視線角偏差進行目標矢量有效性判斷：若目標在天線波束主瓣范圍內(nèi)，即目標俯仰視線角偏差小于半波束寬度，則判斷目標矢量坐標有效，否則為無效。

55、更進一步地，在所述步驟s44中，有效性判斷表達式如下：

56、

57、其中，θel為天線俯仰向波束寬度。

58、更進一步地，在所述步驟s5中，目標三維坐標計算公式：

59、

60、其中，tx、ty、tz為目標系下目標三維坐標，px、py、pz為目標系平臺坐標，即目標系平臺位置。

61、本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點：該目標高度已知的sar動目標一維測角定位方法，基于sar和通道與方位差通道兩個通道的復(fù)圖像數(shù)據(jù)進行實現(xiàn)，相比于兩維測角定位方法基于和通道、方位差通道和俯仰差通道三個通道的復(fù)圖像數(shù)據(jù)進行實現(xiàn)，對系統(tǒng)硬件要求更低，僅需在方位向一個維度上進行子陣劃分與波束合成，而兩維測角要求在方位和俯仰兩個維度均進行子陣劃分與波束合成，并且對sar成像處理能力與數(shù)據(jù)存儲能力要求更低，相比二維測角定位方法，一維測角定位方法的sar成像處理量和數(shù)據(jù)存儲量減小了1/3；同時實現(xiàn)過程簡單易行。