[发明专利]基于匀加速曲线运动模型的收发分离斜距确定方法

说明书

本发明提供了一种基于匀加速曲线运动模型的收发分离斜距确定方法，包括：将雷达与目标的运动采用匀加速曲线运动表示，据此建立双程斜距表达式进行求解，确定收发分离斜距。通过建立雷达和目标的匀加速曲线运动模型，更好的描述了雷达的曲线运动以及目标随着地球自转产生的圆周运动，误差较小；发射斜距和接收斜距的求解过程涉及两个一元四次方程的求解，直接利用求根公式进行求解，结果的精度更高，不会引入额外的运算误差；而且没有限制轨道类型，不仅适用于零偏心率的圆轨道，同样也适用于偏心率不为零的椭圆轨道，拓宽了斜距模型的适用范围，而且将计算精度提高了3‑5个数量级。

技术领域

本发明属于合成孔径雷达信号处理领域，涉及一种基于匀加速曲线运动模型的收发分离斜距确定方法。

背景技术

斜距模型是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)信号处理过程中建立系统传递函数和成像算法的基础。双程斜距是指发射斜距和接收斜距的总和，其中发射斜距指雷达脉冲信号波前从发射天线到达目标的距离，接收斜距指地表后向散射信号波前从目标到达接收天线的距离。目前大多数斜距模型建立多基于“停-走”假设。

“停-走”假设认为：脉冲信号从发射到接收的过程中卫星与目标相对静止，用发射脉冲时刻雷达与目标瞬时斜距的2倍代替实际双程斜距，再根据一个合成孔径时间内双程斜距的变化建立斜距模型；但是由于卫星和目标存在相对运动，因此脉冲信号从发射到接收过程中雷达存在收发分离，上述斜距模型存在较大的误差；考虑到该方法的局限性，后续研究中针对收发分离现象建立了修正的斜距模型。有的研究将卫星和目标运动都设定为匀速直线运动，推导了收发分离斜距模型的修正项，并得到了多普勒中心频率和调频率的修正项；有的研究将卫星和目标的运动轨迹设定为圆轨道，基于此提出了一种基于“等效中点”的斜距计算方法，即先计算脉冲发射和接收时刻卫星位置和目标位置的中点，再利用卫星和目标位置中点的距离的2倍代替实际收发分离双程斜距。但是，以上所述的修正的斜距模型中仍存在如下问题：

1、载有雷达的卫星、导弹等的运动轨道存在弯曲效应，观测目标随地球自转产生的运动也受到地球曲率的影响，即使在合成孔径时间对应的短弧段内，利用匀速直线模型对雷达和目标的运动进行描述仍然存在较大误差；

2、现有技术中推导发射斜距和接收斜距的过程中采用了线性求偏导数的数学近似，将一元高次方程简化为线性方程进行求解，虽然计算过程简单，但引入了额外的运算误差；

3、圆形轨道这一前提条件是偏心率等于零的特殊情况，限制了轨道类型，对于偏心率不为零的椭圆轨道缺乏相应的修正的斜距模型。

发明内容

(一)要解决的技术问题

本发明提供了一种基于匀加速曲线运动模型的收发分离斜距确定方法，以至少部分解决以上所提出的技术问题。

(二)技术方案

根据本发明的一个方面，提供了一种基于匀加速曲线运动模型的收发分离斜距确定方法，包括：将雷达与目标的运动采用匀加速曲线运动表示，据此建立双程斜距表达式进行求解，确定收发分离斜距。

在本发明的一实施例中，上述将雷达与目标的运动采用匀加速曲线运动表示，据此建立双程斜距表达式进行求解，确定收发分离斜距包括：建立雷达与目标的匀加速曲线运动模型；根据载有雷达的飞行器的位置、速度观测值，得到每一个脉冲信号发射时刻的雷达位置、雷达速度，并根据导数运算，确定雷达加速度；根据载有雷达的飞行器的位置、速度观测值、飞行器姿态和天线指向测量值，确定每一个脉冲信号发射时刻的目标位置，并根据地球自转关系，确定目标速度和加速度；根据上述雷达与目标的匀加速曲线运动模型，获得第n个发射脉冲的地表后向散射信号波前到达接收雷达时刻对应的雷达位置与第n个发射脉冲波前到达目标时刻对应的目标位置以及根据上述雷达与目标的相对位置建立发射斜距与接收斜距的关系式，进而求解得到发射时延与接收时延，求出双程斜距，即得到收发分离斜距。