本发明专利技术公开了一种基于遗传算法的GEO星机双基SAR接收站飞行参数设计方法，主要解决在给定成像指标条件下GEO星机双基SAR机载接收站飞行参数求解的问题。其特点是采用遗传算法求解成像性能方程组，从而得出满足给定空间分辨率和成像信噪比的机载接收站的飞行参数。其实现过程包括：(1)选取合适的GEO-SAR卫星作为照射源；(2)建立成像场景坐标系；(3)确定成像性能的函数关系式并建立成像性能方程组；(4)将成像性能方程组转化为多目标优化问题；(5)利用快速非支配排序遗传算法求解最优化问题；(6)得到机载接收站的飞行参数实现给定的成像性能。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于雷达
，具体设及满足要求成像性能的GE0双基SAR接收站飞行 任务设计。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)是一种全天时、全天候的高分辨率成像系统，通过发射大时宽 积的线性调频信号，接收时经匹配滤波得到脉冲压缩信号，W获得距离向高分辨率，利用合 成孔径技术实现方位向的高分辨率。成像质量不受天气条件(云层、光照)等影响，具有对远 距离目标进行检测和定位的特点。 地球同步轨道合成孔径雷达(GE0-SAR)相对于LE0-SAR具有更大的测绘带宽和更 短的重访周期，使得能够广泛的运用于灾害监视，大地构造成像。对单基GE0-SAR，为了获得 良好的方位分辨率需要长的合成孔径时间，但是较长的合成孔径时间会带来巨大的大气相 位延迟。相对于单基GE0-SAR，GE0星机双基SAR可W通过调整接收站的飞行参数方便和高效 的提高成像性能。 GE0星机双基SARWGE0卫星作为照射源，相较于LEO卫星具有大的照射带宽和更短 的重访周其月。在文南犬('BistaticgeosynchronousSARforlandandatmosphere continuousobse;rvation(inProc. 10th抓SAR,June2014,pp. 1-4.)"中提出了一种基于 近似零倾角GEO卫星的GEO星机双基构型系统，能够实现在L波段和KU波段的低空间分辨率 成像，并根据预定的成像性能对系统参数进行了分析。同时在文献"Widearea surveillanceconceptsbasedongeosynchronousilluminationandbistatic unmannedairbornevehiclesorsatellitereception,"中提出了GEO作为照射源，LEO 或者无人机作为接收站的双基构型系统，但是该系统属于单基固定的双基SAR。在文献 "ResolutioncalculationandnalysisinbistaticSARwithgeostationary illuminatorIEEEGeosci.RemoteSens.Lett.,vol.ΙΟ,ηο.1,pp.194-198,Jan2013." 在考虑楠球表面和大的等效角情况下对空间分辨率进行了分析。但是空间分辨率的分析方 法和空间分辨率的特性不能够直接运用到非零倾角的GE0星机双基SAR中。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
存在的缺陷，设计一种快速非支配排序遗传算法的 飞行参数求解的方法，解决GE0星机双基SAR特殊构型带来的接收站飞行任务设计的问题。 本专利技术提供了一种基于遗传算法的GE0星机双基SAR接收站飞行参数设计方法，具 体包括如下步骤： 步骤S1:选取合适的GE0-SAR卫星作为照射源[000引首先计算GE0-SAR卫星的空间位置坐标和速度，并通过卫星姿态和波束指向计算 出瞄准点坐标，卫星在惯性坐标系的位置可W表示为： Ω为升交点赤经，i为轨道倾角，ω为近地点幅角，f为真近点角，a为轨道长半轴，e 为轨道离屯、率。GEO卫星速度可表示为：(4) 其中，μ是引力常数。在惯性坐标系下波束瞄准点的位置矢量可W表示为：其中，θγ为偏航角，θρ为俯仰角，θτ为横滚角。丫为天线下视角，k= 1为天线右视，k=-1为天线左视。瞄准点的经度和缔度可W表示为：其中，COe为地球自转角速度 步骤S2:建立适合的成像场景坐标系W波束中屯、点为原点，地屯、指向波束中屯、点的方向作为Z轴，X轴位于波束中屯、点 惯性坐标系Z轴构成的平面内建立成像场景坐标系。 卫星位置和速度可W表示为： Θlat为中屯、点的缔度，Θlong为中屯、点的经度。 步骤S3:建立成像指标的函数关系 对于移不变双基前视SAR，在系统参数给定的条件下，双基构型将决定成像性能。 距离分辨率(巧） 其中，C是光速，Br是信号带宽，护是地面投影矩阵可W表示为：(14) I是单位矩阵，&是成像区域坐标系的法向单位矢量，/背是Pg的转置。UTA(to)是在to时刻目标到发射站的单位向量(口） URA(to)是在to时刻目标到接收站的单位向量'(16) Pa为目标点位置，化(to)为接收站的位置即卫星的位置。(仍 其中，化为接收站的高度，0R为接收站入射角。Ml为旋转矩阵 λ为载波波长，Ta为合成孔径时间，WTA(t)为发射站的角速度，WRA(t)为接收站的 角速度。其中，巧为发射站的速度矢量的转置，巧为发射站速度矢量的转置。(巧） 如果接收站的速度平行于x-y平面，M2可W表示为：(23)[005引Φ为双基飞行方向夹角； 分辨方向角：曰= c〇s_i但·Θ) (24)其中，Θ表不距离分辨方向的单位矢量，Ξ表不方位分辨方向的单位矢量。其中，Pt为发射信号峰值功率，Gt为发射天线增益，(ir为接收天线增益，〇〇为标准化 雷达散射截面积，Paz为方位向分辨率，Pgr为距离向分辨率，Dc为占空比，Lt为传播损耗，k为 玻尔兹曼常数，Το为噪声溫度，Fn为接收站噪音系数。 步骤S4:建模为非线性方程组成像指标方位分辨率Paz，距离分辨率Pgr,分辨方向角α，信噪比SNR是0R，Φ，Φ的非 线性函数。对于给定的成像指标PgrD，PazD，α〇，SNRd，可W将任务设计建模为非线性方程组： F(x)=0 (28)其中， x=(0R,Φ,φ)τ是有=个决定变量构成的决定向量：[007引Π1)〇 = (〇,〇,〇)τ(32) 步骤S5:转化为多目标优化问题(MOP):为了求解上述的非线性方程组并同时得到多个解，我们将非线性方程组转换为由 两个目标函数构成的多目标优化问题。线性方程组的多目标优化问题可W变为：(33) 步骤S6:非支配遗传算法求解MOP S6.1初始化父代数据 令G= 0，G为遗传代数，Gmax为最大代数。 随机产生初始种群Pg，有N个个体 计算初始群体Pg中每一个个体的适应度值，也就是上式(33)两个目标函数值。，执行步骤S6.3，否则转到步骤S7; S6.3竞赛选择 二进制竞赛选择:在群体化中任选两个个体比较目标函数值，选择目标函数值小 的。进行N次，从原化中选出N个个体。 S6.4交叉变异 模拟二进制交叉算子(SBX): 如果随机生成数PE，P<P。，P。为交叉概率，则对N个个体的每个决策变量进 行两两配对。假设其中一对为和.T,P'W，其中，G为代数，随机生成数111￡，1是第1个 决策变量。 计算分散因子斬1(34) 其中，ric是交叉因子。 子代个体通过下面公式得到：[009引（35J 多项式变异算子(PLM): 如果随机生成数PE[0，U，P<Pm，Pm= 1 /D，D为决策变量个数，则对N个个体的每个 决策变量进行变异操作。子代个体通过下述公式产生：(3盾） 其中，省和苗分别为第i个决策变量的上界和下界。δ由下式给出，ri为随机生成数 Γ?^ 其中％为多项式变异指数，δι和δ2由下式给出：(38j进过选择，交叉，变异产生的子代群体记为化。父代子代合并 根据式(33)计算子代群体化中每一个个体的目标函数值。 将父代与子代合并产生新的种群:化=PgU化。 S6.5非支配排序 使用快速非支配选择算法对化中的2N个本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于遗传算法的GEO星机双基SAR接收站飞行参数设计方法，具体包括如下步骤：步骤S1：选取合适的GEO‑SAR卫星作为照射源首先计算GEO‑SAR卫星的空间位置坐标和速度，并通过卫星姿态和波束指向计算出瞄准点坐标，卫星在惯性坐标系的位置可以表示为:Rs=xsyszs=Aorrs00---(1)]]>其中，Aor=cosΩ-sinΩ0sinΩcosΩ00011000cosi-sini0sinicosicosω-sinω0sinωcosω0001cosf-sinf0sinfcosf0001---(2)]]>rs＝[a(1‑e2)]/(1+ecosf) (3)Ω为升交点赤经，i为轨道倾角，ω为近地点幅角，f为真近点角，a为轨道长半轴，e为轨道离心率；GEO卫星速度表示为：Vs(t)=u/[a(1-e2)]·Aor·esinf1+ecosf0---(4)]]>其中，μ是引力常数；在惯性坐标系下波束瞄准点的位置矢量表示为：xpypzp=AorAreAea[-r,0,0]T+xsyszs---(5)]]>其中，Are=1000cosθysinθy0-sinθycosθycosθpsinθp0-sinθpcosθp0001cosθr0-sinθr010sinθr0cosθr---(6)]]>Aea=cosγ0-k sinγ010k sinγ0cosγ---(7)]]>其中，θy为偏航角，θp为俯仰角，θr为横滚角，γ为天线下视角，k＝1为天线右视，k＝‑1为天线左视；瞄准点的经度和纬度可以表示为：θlat=arctan[zpxp2+yp2]θlong=arctan[yp/xp],Xt>0t,Yt>0arctan[yp/xp]+2π,Xt>0t,Yt<0arctan[yp/xp]+π,Xt<0---(8)]]>中心点处的地球半径表示为：Ra=Re2Rp2/{[Rpcosθlat]2+[Resinθlat]2}---(9)]]>波束中心点的速度为：Vp=-ωeRacosθlongsinθlatωeRacosθlongcosθlat0---(10)]]>其中，ωe为地球自转角速度；步骤S2：建立适合的成像场景坐标系以波束中心点为原点，地心指向波束中心点的方向作为Z轴，X轴位于波束中心点惯性坐标系Z轴构成的平面内建立成像场景坐标系；卫星位置和速度可以表示为：RTT(t)=F·Rs-[0,0,Ra]TVTT=F·(Vs(t)-Vp)---(11)]]>其中，F=sinθlat0-cosθlat010cosθlat0sinθlatcosθlongsinθlat0-sinθlatcosθlat0001---(12)]]>其中，θlat为中心点的纬度，θlong为中心点的经度；步骤S3：建立成像指标的函数关系对于移不变双基前视SAR，距离分辨率：ρgr=0.886cBr||H⊥(uTA(t0)+uRA(t0))T||---(13)]]>其中，c是光速，Br是信号带宽，H⊥是地面投影矩阵可以表示为：H⊥=I-PG·PGT---(14)]]>I是单位矩阵，PG是成像区域坐标系的法向单位矢量，是的转置。uTA(t0)是在t0时刻目标到发射站的单位向量：uTA(t0)=PA-RT(t0)||PA-RT(t0)||---(15)]]>uRA(t0)是在t0时刻目标到接收站的单位向量：uRA(t0)=PA-RR(t0)||PA-RR(t0)||---(16)]]>PA为目标点位置，RT(t0)为接收站的位置即卫星的位置；(PA-RR(t0))T=HRtanθRM1·H⊥(PA-RT(t0))T||H⊥(PA-RT(t0))T||+[0,0,HR]T--...
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：武俊杰，孙稚超，安洪阳，杨建宇，黄钰林，杨海光，杨晓波，李财品，李东涛，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51
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