一种基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法技术

公开了一种基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法，包括：基于目标的观测时刻ISAR图像获取目标的太阳板轴长度、主体轴长度和主体轴方向；在偏航角ψ、俯仰角θ和滚动角均为0°条件下获取目标的第一仿真主体轴方向，根据主体轴方向和第一仿真主体轴方向之间的夹角确定目标的观测时刻偏航角ψt；在ψ＝ψt、条件下获取目标的第二仿真主体轴长度，根据主体轴长度和第二仿真主体轴长度确定目标的观测时刻俯仰角θt；在ψ＝ψt、θ＝θt、条件下获取目标的第三仿真太阳板轴长度，根据太阳板轴长度和第三仿真太阳板轴长度确定目标的观测时刻滚动角。本发明专利技术能够得到关于空间目标姿态的定量值，可以准确反演出目标的偏航角、俯仰角和滚动角，从而能够更加直接的了解目标在空中的运动规律。

【技术实现步骤摘要】
一种基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法
本专利技术涉及信号特征控制
，特别涉及一种基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法。
技术介绍
以下对本专利技术的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本专利技术的现有技术。航天技术广泛应用于军事领域后，太空的军事斗争愈演愈烈，夺取太空权是赢得信息化战争胜利的前提条件，于是世界各军事大国纷纷开展空间武器的研究。为了实现对敌方目标的打击，急需研究敌方目标的雷达散射特性。空间探测与识别成为世界各国竞相发展的热点研究方向。空间目标监视过程中需要确定卫星及大量空间碎片的轨道和分类识别特征参数，如质量、结构、姿态、功能等，以便进一步对目标的国别、工作状态、空中动作、使命进行辨别。因此迫切需要发展空间目标雷达识别技术，根据雷达获取的各种特征信息，提取特征参数，结合已建立的特征样本库对目标进行判别。卫星在正常运行过程中会有不同的动作，例如调整其太阳能电池板、天线、遥感器、星体的指向等，同时还会进行一定的轨道调整，这些动作都将引起卫星姿态和雷达观测视角的变化，给目标识别造成很大的困难，因此首先应该根据先验信息和雷达ISAR图像将目标的姿态识别出来，为目标结构类型等识别提供支撑。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种利用ISAR图像中主体轴和太阳板轴的尺寸信息对目标姿态角进行反演的算法，可以比较准确地反演出目标在三个轴向上的姿态角，为空间目标姿态、结构、类型识别等提供技术支撑。根据本专利技术的基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法，包括：S1、基于目标的观测时刻ISAR图像获取目标的轴向特征值，所述轴向特征值包括：太阳板轴长度lTC、主体轴长度lZC和主体轴方向；S2、在偏航角ψ、俯仰角θ和滚动角均为0°条件下获取目标的第一仿真ISAR图像，确定第一仿真ISAR图像中目标的第一仿真主体轴方向；根据所述主体轴方向和第一仿真主体轴方向之间的夹角确定目标的观测时刻偏航角ψt；S3、在ψ＝ψt、条件下获取目标的第二仿真ISAR图像，确定第二仿真ISAR图像中目标的第二仿真主体轴长度；根据所述主体轴长度和第二仿真主体轴长度确定目标的观测时刻俯仰角θt；S4、在ψ＝ψt、θ＝θt、条件下获取目标的第三仿真ISAR图像，确定第三仿真ISAR图像中目标的第三仿真太阳板轴长度；根据所述太阳板轴长度和第三仿真太阳板轴长度确定目标的观测时刻滚动角；其中，所述观测时刻ISAR图像、第一仿真ISAR图像、第二仿真ISAR图像以及第三仿真ISAR图像均为目标在雷达观测坐标系中的图像。优选地，步骤S1中所述获取目标的轴向特征值具体为：选取目标在[t-Δt,t+Δt]时间范围内的至少两幅ISAR图像；针对所述至少两幅ISAR图像中的每一幅，获取目标的轴向特征信息；以所述至少两幅ISAR图像的轴向特征信息的平均值作为目标的轴向特征值；其中，t为观测时刻，Δt为预设的时间范围；所述轴向特征信息是指目标的太阳板轴长度值、主体轴长度值和主体轴指向。优选地，步骤S1之前进一步包括：建立地心坐标系、轨道坐标系和目标本体坐标系，通过轨道坐标系将目标主体轴和太阳板轴在目标本体坐标系中的坐标转换到地心坐标系中；建立雷达坐标系和雷达观测坐标系，通过雷达坐标系将目标主体轴和太阳板轴在地心坐标系中的坐标转到雷达观测坐标系中。优选地，基于Randon变换原理获取目标的主体轴和太阳板轴在地心坐标系和雷达观测坐标系中的坐标。优选地，地心坐标系、轨道坐标系、目标本体坐标系、雷达坐标系和雷达观测坐标系之间满足：式中，Rob为轨道坐标系到目标本体坐标系的转换矩阵，Rdo为地心坐标系到轨道坐标系的转换矩阵，RdR为地心坐标系到雷达坐标系的转换矩阵，RRC为雷达坐标系到雷达观测坐标系的转换矩阵；long、lati分别为雷达观测站位置的经度和纬度，ω、f、i、Ω、u分别为目标在观测时刻的轨道根数中近地点幅角、真近点角、轨道倾角、升交点赤经和轨道角，且u＝ω+f。优选地，太阳板轴长度、第一仿真太阳板轴长度、第二仿真太阳板轴长度以及第三仿真太阳板轴长度中提及的太阳板轴长度的确定方法为：获取太阳板轴两个端点在目标本体坐标系中的第一坐标值；将第一坐标值转化成雷达观测坐标系中的第二坐标值；依据第二坐标值确定太阳板轴长度；主体轴长度、第一仿真主体轴长度、第二仿真主体轴长度以及第三仿真主体轴长度中提及的主体轴长度的确定方法为：获取主体轴两个端点在目标本体坐标系中的第三坐标值；将第三坐标值转化成雷达观测坐标系中的第四坐标值；依据第四坐标值确定太阳板轴长度。优选地，步骤S2中所述目标的观测时刻偏航角ψt满足如下关系：ψt＝φC-φS，其中，式中，φC是观测时刻ISAR图像中目标的主体轴与雷达观测坐标系Z轴之间的夹角、φS是第一仿真ISAR图像中目标的主体轴与雷达观测坐标系Z轴之间的夹角；xC1、zC1分别为观测时刻ISAR图像中目标主体轴上任一点在X轴和Z轴的坐标值。优选地，步骤S3中所述目标的观测时刻俯仰角θt满足如下关系：式中，l′ZS是第二仿真ISAR图像中目标的主体轴长度。优选地，步骤S4中所述目标的观测时刻滚动角满足如下关系：式中，l″TS是第三仿真ISAR图像中目标的太阳板轴长度。根据本专利技术的基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法，包括：基于目标的观测时刻ISAR图像获取目标的轴向特征值，所述轴向特征值包括：太阳板轴长度、主体轴长度和主体轴方向；在偏航角ψ、俯仰角θ和滚动角均为0°条件下获取目标的第一仿真ISAR图像，确定第一仿真ISAR图像中目标的第一仿真主体轴方向；根据主体轴方向和第一仿真主体轴方向之间的夹角确定目标的观测时刻偏航角ψt；在ψ＝ψt、条件下获取目标的第二仿真ISAR图像，确定第二仿真ISAR图像中目标的第二仿真主体轴长度；根据主体轴长度和第二仿真主体轴长度确定目标的观测时刻俯仰角θt；在ψ＝ψt、θ＝θt、条件下获取目标的第三仿真ISAR图像，确定第三仿真ISAR图像中目标的第三仿真太阳板轴长度；根据太阳板轴长度和第三仿真太阳板轴长度确定目标的观测时刻滚动角。本专利技术不再局限于对空间目标姿态的定性分析判断，而是能够得到关于空间目标姿态的定量值，可以比较准确的反演出目标在三个轴向上的偏航角、俯仰角和滚动角，从而能够更加直接的了解目标在空中的运动规律。附图说明通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本专利技术的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：图1是示出根据本专利技术的基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法的流程示意图；图2是示出根据本专利技术的基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法的目标的观测时刻ISAR图像的示意图；图3是示出根据本专利技术的基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法的目标的第一仿真ISAR图像的示意图。具体实施方式下面参照附图对本专利技术的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本专利技术及其应用或用法的限制。本专利技术中的ISAR是InverseSyntheticApertureRadar，即逆合成孔径雷达。偏航角是指目标的主体轴在当地水平面的投影与目标的轨道坐标系的X轴的夹角；俯仰角是指目标的主体轴与主体轴在当地水平面投影的夹角；滚动角是指目标的太阳板轴与太阳板轴在当地水平面的夹角。图1示出了本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法，其特征在于包括：S1、基于目标的观测时刻ISAR图像获取目标的轴向特征值，所述轴向特征值包括：太阳板轴长度lTC、主体轴长度lZC和主体轴方向；S2、在偏航角ψ、俯仰角θ和滚动角均为0°条件下获取目标的第一仿真ISAR图像，确定第一仿真ISAR图像中目标的第一仿真主体轴方向；根据所述主体轴方向和第一仿真主体轴方向之间的夹角确定目标的观测时刻偏航角ψt；S3、在ψ＝ψt、条件下获取目标的第二仿真ISAR图像，确定第二仿真ISAR图像中目标的第二仿真主体轴长度；根据所述主体轴长度和第二仿真主体轴长度确定目标的观测时刻俯仰角θt；S4、在ψ＝ψt、θ＝θt、条件下获取目标的第三仿真ISAR图像，确定第三仿真ISAR图像中目标的第三仿真太阳板轴长度；根据所述太阳板轴长度和第三仿真太阳板轴长度确定目标的观测时刻滚动角；其中，所述观测时刻ISAR图像、第一仿真ISAR图像、第二仿真ISAR图像以及第三仿真ISAR图像均为目标在雷达观测坐标系中的图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于ISAR图像的空间目标姿态反演方法，其特征在于包括：S1、基于目标的观测时刻ISAR图像获取目标的轴向特征值，所述轴向特征值包括：太阳板轴长度lTC、主体轴长度lZC和主体轴方向；S2、在偏航角ψ、俯仰角θ和滚动角均为0°条件下获取目标的第一仿真ISAR图像，确定第一仿真ISAR图像中目标的第一仿真主体轴方向；根据所述主体轴方向和第一仿真主体轴方向之间的夹角确定目标的观测时刻偏航角ψt；S3、在ψ＝ψt、条件下获取目标的第二仿真ISAR图像，确定第二仿真ISAR图像中目标的第二仿真主体轴长度；根据所述主体轴长度和第二仿真主体轴长度确定目标的观测时刻俯仰角θt；S4、在ψ＝ψt、θ＝θt、条件下获取目标的第三仿真ISAR图像，确定第三仿真ISAR图像中目标的第三仿真太阳板轴长度；根据所述太阳板轴长度和第三仿真太阳板轴长度确定目标的观测时刻滚动角；其中，所述观测时刻ISAR图像、第一仿真ISAR图像、第二仿真ISAR图像以及第三仿真ISAR图像均为目标在雷达观测坐标系中的图像；其中，步骤S2中所述目标的观测时刻偏航角ψt满足如下关系：ψt＝φC-φS，其中，式中，φC是观测时刻ISAR图像中目标的主体轴与雷达观测坐标系Z轴之间的夹角、φS是第一仿真ISAR图像中目标的主体轴与雷达观测坐标系Z轴之间的夹角；xC1、zC1分别为观测时刻ISAR图像中目标主体轴上任一点在X轴和Z轴的坐标值；步骤S3中所述目标的观测时刻俯仰角θt满足如下关系：式中，l′ZS是第二仿真ISAR图像中目标的主体轴长度；步骤S4中所述目标的观测时刻滚动角满足如下关系：式中，l″TS是第三仿真ISAR图像中目标的太阳板轴长度。2.如权利要求1所述的空间目标姿态反演方法，其中，步骤S1中所述获取目标的轴向特征值具体为：选取目标在[t-Δt,t+Δt]时间范围内的至少两幅ISAR图像；针对所述至少两幅ISAR图像中的每一幅，获取目标的轴向特征信息；以所述至少两幅ISAR图像的轴向特征信息的平均值作为目标的轴向特征值；其中，t为观测时刻，Δt为预设的时间范围；所述轴向特征信息是指目标的太阳板轴长度值、主体轴长度值和主体轴指向。3.如权利要求2所述的空间目标姿态反演方法，其中，步骤S1之前进一步包括：建立地心坐标系、轨道坐标系和目标本体坐标系，通过轨道坐标系将目标主体轴和太阳板轴在目标本体坐标系中的坐标转换到地心坐标系中；建立雷达坐标系和雷达观测坐标系，通过雷达坐标系将目标主体轴和太阳板轴在地心坐标系中的坐标转到雷达观测坐标系中。4.如权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：霍超颖，陈文晶，赵涛，邢笑宇，
申请(专利权)人：北京环境特性研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11