本发明专利技术公开了一种基于风速风向动态调整的机载SAR飞行航路编排方法，实时调整空速大小和航线方向，从而改善SAR成像效果。本方法首先初始化载机的航线和SAR系统的相关参数，根据实测的地速和空速，获取当前载机在执行任务的飞行高度上的风速，利用空速、地速和风速三者之间的矢量关系，动态调整空速大小和航线方向，使得载机达到机载SAR系统成像的最佳地速和偏流角，并且满足SAR系统稳定平台方位向的工作角度范围，消除风扰动对机载SAR系统成像的影响。本发明专利技术能够有效地提高载机应对空中风的实时变化对其机载SAR系统成像的影响，有效地改善成像效果，并且不会引起SAR硬件系统的复杂化。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及诸如机载SAR系统之类的遥感、观测、成像系统，具体涉及一种基于实测风速风向SAR成像的载机，实时调整空速大小和航线方向，进行航路编排，从而改善成像效果的方法。
技术介绍
机载合成孔径雷达(Synthesis Aperture Radar,简称SAR)是一种先进的主动式微波遥感器，利用与目标作相对运动的小孔径天线并采用信号处理的方法获得高分辨率相干成像。SAR使用在飞机或空间飞行器上，具有观测面广、提供信息快、图像清晰、全天候工作的特点，并且能够有效识别伪装，具有穿透识别能力，因此被广泛的应用于军事和民用领域，如:灾害预防、军事侦察等。合成孔径雷达作为一种具有高分辨率的成像雷达，其原理是利用雷达载机的运动来模拟大孔径天线，从而获得高方位分辩的雷达图像数据。与光学传感器相比，它实时成像的功能具有全天时、全天候、远距离、宽绘制带的特性，大大提高了雷达的信息获取能力。随着SAR技术的发展和提高，其分辨率越来越高，目前已接近或超过光学成像的分辨率，因而被广泛应用于地球遥感、海洋观测、资源勘探、灾情预报和军事侦察、航空航天遥感等领域。由于机载SAR系统是通过飞行载体运动来形成雷达的虚拟天线，从而获得雷达图像数据，如图1所示。图1给出了正侧视SAR系统方位向和距离向示意图，飞行载体沿飞行航线飞行，同时发射雷达方位波束脉冲，随着飞行载体的运动，形成了一条雷达方位波束照射的区域即测绘带，并且获取了测绘带内的雷达图像数据。因此，机载SAR系统对载机的飞行状态有严格的要求:一般假设雷达相对被成像的区域做水平的匀速直线运动。但是，在实际飞行中，由于设备性能、驾驶技术、空气气流以及军用任务所要求的机动性影响，载机的实际飞行状态往往会偏离匀速直线平移运动状态，这将对SAR系统的成像工作产生不可忽视的影响，严重时甚至不能成像。根据机载SAR系统的成像原理，载机与被成像区域之间的相对运动是获得方位向高分辨率的关键。在实际飞行中，由于气流的影响和载机性能的限制，载机的实际飞行状态往往不能满足匀速直线平移运动这样严格的要求，尤其当载机的机体较小，飞行高度低，飞行速度慢时，空气气流对载机的速度、偏流角会产生很大影响，使得载机偏离理想航迹，产生位置、速度、姿态角上的运动误差。这时，载机的运动平稳性很难控制到SAR系统成像所要求的理想运动状态。传统的机载SAR系统是利用稳定平台隔离载机的角运动，消除载机航向和姿态角的运动误差，同时给出载机偏离理想轨迹的位置误差和沿理想轨迹的速度。但是，由于载机在大气中飞行时常常受到外界随机因素的扰动，特别是当载机的机体较小，飞行高度低，飞行速度慢时，载机受到空气气流的影响较大，偏离匀速直线运动状态。例如，在静风情况下，载机的空速与地速重合，机头指向当前航线的方向，SAR系统正常工作；如果空中有侧风(风速、风向在载机的抗风扰动能力范围内)时，若载机采用的是航迹角控制而不是偏航角控制时，载机沿着航线飞行，但其机头将偏离预定的航迹方向；因为侧风影响，载机的机头和地速将存在一个夹角，即机头偏离航迹的角度,该角度称为偏流角。若所述偏流角超出SAR系统稳定平台的方位向工作范围时，SAR系统很难正常工作，甚至无法成像。针对侧风对机载SAR系统成像效果的影响，传统的方法往往只能克服有准确预报的风或较小的常值风的影响，针对不能准确预报的风或较大的风，所引起的随机扰动而产生的影响，往往不能克服。同时，传统的方法往往不能根据实际风速风向对载机的飞行进行实时调整，这就使得如果提前获得的气象数据有误或者载机在执行任务时遭遇脉动风时，由于SAR系统的成像特性，载机的飞行状态将不能够满足SAR系统的成像要求，SAR系统可能无法正常成像，甚至无法工作。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决所述的传统方法不能有效克服较大的侧风对机载SAR系统成像效果的影响，提出了一种基于风速风向动态调整的机载SAR飞行航路编排方法，该方法可以实时在线地调整载机的运动和航线的方向，从而有效的改善风对机载SAR系统成像的影响。一种基于风速风向动态调整的机载SAR飞行航路编排方法，包括以下步骤:步骤一:初始化载机的航线和SAR系统的相关参数；SAR系统的相关参数包括:载机空速的最小值Vkmil^P最大值Vkmax,机载SAR系统成像的最佳地速值Vdb6st、最佳地速范围[vdbestmin，VdbestmaxI和地速调整门限值VdQ，以及SAR系统稳定平台方位向的工作角度范围[_nmax，nmJ和偏流角调整门限值n。。步骤二:实时读取载机上传感器实测的地速Vd和空速Vk的大小及方向，其中，地速 的方向与当前航线的方向一致，空速的方向与载机的偏航角一致；根据空速矢量1^、地速矢量FfJ:和风速矢量V 二者的关系:VcJ = + 1^，获取当如载机在执行任务的飞行闻度上的风速步骤三:判断地速Vd的大小是否在最佳地速预调整范围[(VdbeStmin+VdQ)，(Vdbestfflax-Vdo)]内，若不是，执行步骤四，否则，执行步骤五；步骤四:调整载机空速，具体是:根据空速矢量瓦、地速矢量$和风速矢量$三者的关系，在范围[Vkmin,，Vkmax]内调整空速Vk的大小，使得地速Vd的大小等于步骤一所述的最佳地速值Vdbest，步骤五:根据载机当前的空速和地速，获取偏流角n，并判断偏流角n是否超出偏流角的预调整范围[-(n.-n^，(n.-nj]，若是，执行步骤六，否则，保持当前航线方向，执行步骤七；步骤六:调整航线方向，具体是:保持载机当前地速的大小不变，调整航线方向、空速的大小和方向，使偏流角n的大小等于0度，在调整航线方向的过程中，令地速方向与航线方向始终保持一致；然后转步骤三执行；步骤七:判断当前载机是否完成执行任务，若否返回步骤二继续执行，若是，结束本方法。本专利技术的基于风速风向动态调整的机载SAR飞行航路编排方法的优点和积极效果在于:(I)本专利技术方法适用于载机为机体较小的飞机、无人机和其他的小型飞行器，特别是因执行任务的要求，载机需要进行低空、低速飞行时，能够有效地提高载机应对空中风的实时变化对其机载SAR系统成像的影响，有效地改善成像效果，并且不会引起SAR硬件系统的复杂化；(2)针对不能提前获得准确的风速、风向数据的情况，应用本专利技术方法可根据实时计算的风速、风向数据实时在线的调整载机的飞行运动状态，提高机载SAR系统的成像效果，消除风扰动对机载SAR系统成像的影响，为机载SAR系统的正常成像提供保障。附图说明图1是机载SAR系统成像的几何关系不意图；图2是本专利技术方法中的空速调整和航线方向调整的示意图；图3是空速、地速和风速矢量和关系图；图4是本专利技术的机载SAR飞行航路编排方法的流程图。具体实施例方式下面结合实例和附图对本专利技术作进一步详细说明。本专利技术提供的一种基于风速风向动态调整的机载SAR飞行航路编排方法，根据机载SAR系统成像的最佳地速范围和机载SAR稳定平台方位向的工作角度范围，利用空速、地速和风速三者之间的矢量关系，根据实测的风速风向，动态调整空速大小和航线方向，使得载机达到机载SAR系统成像的最佳地速和偏流角，并且满足SAR系统稳定平台方位向的工作角度范围，以保证机载SAR系统的成像效果，消除风扰动对机载SAR系统成像的影响，以本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于风速风向动态调整的机载SAR飞行航路编排方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：初始化载机的航线和SAR系统的相关参数；SAR系统的相关参数包括：载机空速的最小值Vkmin和最大值Vkmax，机载SAR系统成像的最佳地速值Vdbest、最佳地速范围[Vdbestmin，Vdbestmax]和地速调整门限值Vd0，以及SAR系统稳定平台方位向的工作角度范围[?ηmax，ηmax和偏流角调整门限值η0;步骤二：实时读取载机上传感器实测的地速Vd和空速Vk的大小及方向，其中，地速的方向与当前航线的方向一致，空速的方向与载机的偏航角一致；根据空速矢量地速矢量和风速矢量三者的关系：获取当前载机在执行任务的飞行高度上的风速矢量步骤三：判断地速Vd的大小是否在最佳地速预调整范围[(Vdbestmin+Vd0)，(Vdbestmax?Vd0)]内，若是，执行步骤五，否则，执行步骤四；步骤四：调整载机空速，具体是：根据空速矢量地速矢量和风速矢量三者的关系，在范围内调整空速Vk的大小，使得地速Vd的大小等于步骤一所述的最佳地速值Vdbest:步骤五：根据当前的空速和地速，确定偏流角η，并判断偏流角η是否超出偏流角的预调整范围[一(ηmax?η0)，(ηmax?η0)]，若是，执行步骤六，否则，保持当前航线方向，执行步骤七；步骤六：调整航线方向，具体是：保持当前地速的大小不变，调整航线方向、空速的大小和方向，使偏流角η的大小等于0度，在调整航线方向的过程中，令地速方向与航线方向始终保持一致；然后转步骤三执行；步骤七：判断当前载机是否完成执行任务，若否返回步骤二继续执行，若是，结束本方法。FDA00002903881000011.jpg,FDA00002903881000012.jpg,FDA00002903881000013.jpg,FDA00002903881000014.jpg,FDA00002903881000015.jpg,FDA00002903881000016.jpg,FDA00002903881000017.jpg,FDA00002903881000018.jpg,FDA00002903881000019.jpg...
【技术特征摘要】
1.一种基于风速风向动态调整的机载SAR飞行航路编排方法，其特征在于，包括以下几个步骤: 步骤一:初始化载机的航线和SAR系统的相关参数；SAR系统的相关参数包括:载机空速的最小值Vkmin和最大值Vkmax,机载SAR系统成像的最佳地速值Vdbest、最佳地速范围[Vdbestmin，^dbestmax ]和地速调整门限值Vdtl,以及SAR系统稳定平台方位向的工作角度范围[-nmax, 和偏流角调整门限值n。； 步骤二:实时读取载机上传感器实测的地速Vd和空速Vk的大小及方向，其中，地速的方向与当前航线的方向一·致，空速的方向与载机的偏航角一致；根据空速矢量、地速矢量Vd:和风速矢量Kv二者的关系:％ = + t，获取当如载机在执行任务的飞行闻度上的风速矢量$ 步骤三:判断地速Vd的大小是否在最佳地速预调整范围[(vdb6Stmin+vd(l)，(Vdbestfflax-Vdo)]内，若是，执行步骤五，否则，执行步骤四；步骤四:调整载机空速，具体是:根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：王宏伦，刘畅，郑丽丽，向锦武，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：
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