基于SAR图像的海上目标定位方法、装置及无人机平台制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于SAR图像的海上目标定位方法、装置及无人机平台。该方法包括：对SAR图像进行目标检测以估计目标距离和目标多普勒位置，基于目标多普勒位置对目标斜视角进行修正；根据目标的修正斜视角以及距离多普勒方程，确定目标在成像坐标系下的距离位置估计值；根据目标距离，以距离位置快速估计值为中心，求解满足目标等距离方程的目标位置的可能解集；在目标位置的可能解集中求解等距离线上点集的等斜视角，并基于修正斜视角，求解点集中斜视角满足收敛误差的最优坐标点；根据成像坐标系和发射坐标系之间的旋转夹角，将最优坐标点转换为发射坐标系下的目标定位坐标。本发明专利技术不涉及复杂的矩阵求逆运算和迭代运算，运算量小。量小。量小。

【技术实现步骤摘要】
基于SAR图像的海上目标定位方法、装置及无人机平台


[0001]本专利技术属于机载雷达目标探测及跟踪
，尤其是涉及一种基于SAR斜距图像的海上目标定位方法、装置及无人机载平台。

技术介绍

[0002]无人机载SAR，尤其是小型无人机载SAR发展之初，由于成像算法复杂且处理器件速度跟不上，使得无人机载SAR图像还不能做到实时成像，因此没有应用到无人机跟踪制导过程，仅用于辅助目标识别。随着SAR成像算法的发展以及处理器件的不断更新迭代，SAR图像已经可以做到实时成像，图像帧率达到20Hz，基于SAR的目标图像跟踪已被广泛应用。由于基于SAR图像的目标跟踪必须要解决目标的定位问题，因此如何基于SAR图像快速定位目标成为研究热点。
[0003]基于机载平台SAR图像的目标定位技术，主要有两种主流的定位方法：一种是先将SAR图像投影到地面，获得目标的地距图像，然后在地距图像上进行目标检测，基于检测的目标位置进行距离多普勒定位。这种方法由于需要获得目标区域精细的地距图像，涉及大量的插值运算，运算量大实时性较差。另外一种是先将SAR图像中关键点和GCP点切片进行匹配，然后基于GCP点构建距离多普勒方程，通过谱修正和迭代算法，可以求解出整个弹载平台的精确运动方程，修正有误差的运动平台轨迹，再基于精确的运动方程，求解地面任意图像的目标定位。这种方法定位精度高，但是涉及矩阵求逆以及迭代运算，算法复杂度高，不适合应用等耗时有较高要求的无人机载平台，尤其是小型无人机载平台。此外，在进行海上目标定位时，在海面上没有GCP控制点时，该方法也无法适用。
[0004]因此，现有SAR目标定位算法复杂，需要依赖高精度GPS等定位设备，难以适应无人机载平台，尤其是计算资源受限的小型无人机载平台高动态应用的需求。

技术实现思路

[0005]本专利技术基于机载平台末端制导SAR成像几何构型，通过转换坐标系，将发射坐标系(制导坐标系)多变量耦合的距离多普勒方程转换到成像坐标系，实现了变量分离和降维。
[0006]本专利技术的第1方面，公开了一种海上目标定位方法，该方法包括：
[0007]获取目标的SAR图像，对所述SAR图像进行目标检测以估计目标距离和目标多普勒位置，基于所述目标多普勒位置对目标斜视角进行修正；
[0008]根据目标的修正斜视角以及距离多普勒方程，确定目标在成像坐标系下的距离位置估计值；
[0009]根据所述目标距离，以所述距离位置快速估计值为中心，以预定迭代步长，求解满足目标等距离方程的目标位置的可能解集；
[0010]在所述目标位置的可能解集中求解等距离线上点集的等斜视角，并基于所述修正斜视角，求解所述点集中斜视角满足收敛误差的最优坐标点；
[0011]根据成像坐标系和发射坐标系之间的旋转夹角，将所述最优坐标点转换为发射坐
标系下的目标定位坐标。
[0012]尤其是，上述方法用于无人机载平台进行海上目标实时定位。
[0013]本专利技术的第2方面，公开了海上目标定位装置，该装置包括：
[0014]斜视角修正模块，用于利用对目标SAR图像进行目标检测估计得到的目标距离和目标多普勒位置对目标斜视角进行修正；
[0015]目标距离位置估计模块，用于根据目标的修正斜视角以及距离多普勒方程，确定目标在成像坐标系下的距离位置估计值；
[0016]第一求解模块，用于根据所述目标距离，以所述距离位置估计值为中心，以预定迭代步长，求解满足目标等距离方程的目标位置的可能解集；
[0017]第二求解模块，用于在所述目标位置的可能解集中求解等距离线上点集的等斜视角，并基于所述修正斜视角，求解所述点集中斜视角满足收敛误差的最优坐标点；
[0018]坐标转换模块，用于根据成像坐标系和发射坐标系之间的旋转夹角，将所述最优坐标点转换为发射坐标系下的目标定位坐标。
[0019]本专利技术的第3方面，公开了一种无人机载平台，包括SAR雷达系统以及根据上述方案所述的海上目标定位装置。
[0020]本专利技术的第3方面，公开了一种无人机载平台，包括：存储器，用于存储计算机程序；至少一个处理器，与所述存储器数据通信耦合，用于执行所述计算机程序以实现根据上述方案所述的海上目标定位方法；尤其是，所述处理器可以为DSP。
[0021]与现有技术相比，本专利技术在无人机载平台，尤其是在小型无人机载平台上应用时，由于在目标定位过程中，不涉及复杂的矩阵求逆运算和迭代运算，运算量小，求解精确可控，可实现对海上舰船目标的快速准确定位。
附图说明
[0022]图1为发射坐标系(天线波束坐标系)下SAR成像及定位几何示意图；
[0023]图2为图1所示坐标系旋转后的成像坐标系示意图；
[0024]图3为根据本专利技术实施例的海上目标定位方法工作流程示意图；
[0025]图4为根据本专利技术实施例的海上目标定位装置组成示意图；
[0026]图5为根据本专利技术实施例的无人机载平台组成示意图；
[0027]图6为根据本专利技术另一实施例的无人机载平台组成示意图。
具体实施方式
[0028]以下结合附图对本专利技术的具体实施方式进行详细说明。
[0029]图1为发射坐标系(天线波束坐标系)下SAR成像及定位几何示意图。如图所示，机载雷达位置矢量为：P
′
＝(x0′
,y0′
,z0′
)，目标位置矢量为：T
′
＝(x
′
,y
′
,z
′
)。在目标处于水平平面，例如海面上时，y＝0。在无人机末制导段，目标斜距小于30公里，造成的海平面误差小于10m，因此误差在可接受范围内，通过不断修正坐标系原点，对坐标系进行平移，平面假设下造成的定位误差可以控制。机载雷达的速度矢量为：v
′
＝(v
x
′
,v
y
′
,v
z
′
)。
[0030]以雷达航向速度的偏角α对发射坐标系进行坐标系转换，转换到以目标平面航向速度为x轴的雷达成像坐标系。其中，雷达航向速度的偏角α为：
[0031][0032]其中，mid(v
z
)和mid(v
x
)为雷达合成孔径中心的瞬时速度。
[0033]经过旋转后的坐标系如图2所示。此时，也即在雷达成像坐标系中，机载雷达速度矢量为：v＝(v
x
,v
y
,v
z
)，其中v
z
＝0。机载雷达位置矢量为：P＝(x0,y0,z0)，目标位置矢量为：T＝(x,y,z)。
[0034]图3为根据本专利技术实施例的海上目标定位方法工作流程示意图。如图所示，该方法包括如下步骤：
[0035]步骤301、获取目标的SAR图像，对所述SAR图像进行目标检测以估计目标距离和目标多普勒位置，基于所述目标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种海上目标定位方法，其特征在于，该方法包括：获取目标SAR图像，对所述目标SAR图像进行目标检测以估计目标距离和目标多普勒位置，基于所述目标多普勒位置对目标斜视角进行修正；根据目标的修正斜视角以及距离多普勒方程，确定目标在成像坐标系下的距离位置估计值；根据所述目标距离，以所述距离位置快速估计值为中心，以预定迭代步长，求解满足目标等距离方程的目标位置的可能解集；在所述目标位置的可能解集中求解等距离线上点集的等斜视角，并基于所述修正斜视角，求解所述点集中斜视角满足收敛误差的最优坐标点；根据成像坐标系和发射坐标系之间的旋转夹角，将所述最优坐标点转换为发射坐标系下的目标定位坐标。2.根据权利要求1所述的海上目标定位方法，其特征在于，对所述目标SAR斜距图像进行目标检测以估计目标多普勒位置为：其中，f
d
为目标多普勒频率，nan为SAR斜距图像中检测的目标多普勒位置索引，Na为成像过程中方位脉冲积累数，PRF为雷达系统脉冲重复频率，f
dc
为成像过程中估计的目标多普勒中心频率。3.根据权利要求1所述的海上目标定位方法，其特征在于，对所述目标SAR斜距图像进行目标检测以估计目标距离为：其中，R为目标距离，nrn为SAR图像中检测的目标距离位置索引，F
s
为回波复基带采样率，c为光速，R0为SAR图像最近点采样距离。4.根据权利要求2所述的海上目标定位方法，其特征在于，修正的目标斜视角θ为：其中，λ为雷达系统波长，v为雷达系统的运动速度矢量。5.根据权利要求1所述的海上目标定位方法，其特征在于，在成像坐标系下，所述目标距离位置的估计值为：其中，R...

【专利技术属性】
技术研发人员：康腾飞，汪宗福，胥秋，张重九，汪晓青，张平，曾小初，吴磊，
申请(专利权)人：成都汇蓉国科微系统技术有限公司，
类型：发明
国别省市：