[发明专利]机载SAR一轴平台聚束模式天线阵面俯仰指向算法及系统

说明书

机载SAR一轴平台聚束模式天线阵面俯仰指向算法及系统，属于机载雷达技术领域，涉及解决现有技术中的机载SAR两轴平台聚束模式波束方位及俯仰指向的计算方法，用于一轴平台会造成波束指向偏离目标区域的中心点的问题；本发明的技术方案的研究对象设置为一轴平台，利用目标与载机的经纬度信息，求解NED坐标系下的波束方位指向角，融合相对高度及载机航向角、横滚角信息，解算机体坐标系下，天线阵面的俯仰指向，保证波束的俯仰指向准确。同时，结合机体坐标系下波束的方位指向，最终使得波束指向处于目标区域的中心点。

技术领域

本发明属于机载雷达技术领域，涉及一种机载SAR一轴平台聚束模式天线阵面俯仰指向算法及系统。

背景技术

机载SAR(合成孔径雷达)是一种高分辨率的二维成像雷达。聚束模式下，波束从SAR天线阵面射出，实时指向目标区域的中心点。然而，载机在飞行过程中，不可避免地受到气流扰动的影响，致使载机的姿态发生变化，影响波束指向精度。

为保持载机惯性空间的稳定，可采用稳定平台反向运动补偿载机的变化，进而满足波束指向的精度要求。按照转轴的数量，机载SAR稳定平台分为两轴平台和一轴平台。两轴平台具有方位转轴和俯仰转轴。当载机的姿态发生变化时，采取机械扫描的方式，利用电机拖动系统实时调节/转动天线阵面的方位角和俯仰角，保证波束方位指向及波束俯仰指向的精度。对于两轴平台，波束与天线阵面处于联动状态，波束指向与天线阵面的法线指向时刻保持重合状态。一轴平台仅具有俯仰转轴。当载机的姿态发生变化时，利用相控系统调节波束方位指向；利用电机拖动系统,调节天线阵面的俯仰角进而调整波束的俯仰指向，天线阵面俯仰角的调节范围为-90°至90°；对于一轴平台，波束方位扫描平面与天线阵面时刻保持垂直状态。

聚束模式波束指向的计算通常基于两种坐标系，即NED坐标系和机体坐标系。NED(北东地)坐标系，该坐标系原点位于载机质心，Y轴为地理北向，X轴地理东向，Z轴为载机到地平面之垂线并指向地心方向。机体坐标系的原点位于载机质心。X轴位于载机参考平面内平行于机身轴线并指向载机前方，Y轴垂直于载机参考面并指向载机右方，Z轴在参考面内垂直于XOY平面，指向载机下方。

现有技术中，文献公开日期为2003年6月的文献《稳定平台聚束模式的一种实现方法》(华东电子工程研究所，王振收)提出了一种机载SAR两轴平台聚束模式波束方位及俯仰指向的计算方法，该方法剖析了NED坐标系下，两轴平台聚束模式天线阵面的方位角及俯仰角的解算思路，实时为电机拖动系统提供准确的理论方位角和理论俯仰角。但是该文献的计算方法并不适用于机载SAR一轴平台，其原因在于：1)波束指向与天线阵面的空间几何关系不同(对于两轴平台，波束指向与天线阵面的法线指向时刻保持重合状态。而对于一轴平台，波束方位扫描平面与天线阵面时刻保持垂直状态)，直接应用会造成波束指向偏离目标区域的中心点。2)上述文献计算的方位角及俯仰角均基于NED坐标系，缺少NED坐标系向机体坐标系变换的过程。

发明内容

本发明的目的在于如何设计一种机体坐标系下，机载SAR一轴平台聚束模式天线阵面俯仰指向计算方法，以解决现有技术中的机载SAR两轴平台聚束模式波束方位及俯仰指向的计算方法，直接用于一轴平台会造成波束指向偏离目标区域的中心点的问题。

本发明所述的机体坐标系下，天线阵面俯仰指向算法可为一轴平台的电机拖动系统提供天线阵面/波束的理论俯仰指向角。机体坐标系下，一轴平台的波束方位指向由相控系统运算，不在本发明的技术方案内。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：

机载SAR一轴平台聚束模式天线阵面俯仰指向算法，包括以下步骤：

S1、从组合导航系统的输出数据中读取载机的经度δ₁、纬度ε₁、海拔高度σ₁、航向角α；从地面监控站的发送指令中读取目标区域中心点的经度δ₂、纬度ε₂、海拔高度σ₂；