本發(fā)明屬于雷達(dá)信號(hào)處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種機(jī)載雙基地sar的目標(biāo)定位技術(shù)。
背景技術(shù)：
：合成孔徑雷達(dá)(sar)可以全天時(shí)、全天候地提供觀測(cè)區(qū)域的高分辨率圖像，所以，近年來(lái)它在民用和軍事領(lǐng)域都發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用。sar典型的應(yīng)用領(lǐng)域包括災(zāi)害監(jiān)測(cè)、資源勘探、地質(zhì)測(cè)繪、軍事偵察等。雙基地sar由于收發(fā)分置而有著很多突出的優(yōu)點(diǎn)，它能獲取目標(biāo)的非后向散射信息，具有作用距離遠(yuǎn)、隱蔽性和抗干擾性強(qiáng)等特點(diǎn)。另外，由于雙基地sar接收機(jī)不含大功率器件，其功耗低、體積小、重量輕，便于多種類(lèi)型的飛機(jī)攜帶，造價(jià)較低?？傊p基地sar作為一種空間對(duì)地觀測(cè)的新手段，在民用和軍用領(lǐng)域都有著廣闊的發(fā)展空間。文獻(xiàn)“curlanderjc.locationofspacebornesarimagery[j].ieeetransactionsongeoscience&remotesensing,1982,ge-20(3):359-364”，首次提出距離-多普勒(r-d)定位模型，將sar目標(biāo)定位技術(shù)由傳統(tǒng)的地空定位理論階段發(fā)展到空空定位理論階段，實(shí)現(xiàn)了目標(biāo)的絕對(duì)定位。但是，該模型求解計(jì)算量較大，尤其在雙基地合成孔徑雷達(dá)(bi-sar)應(yīng)用情況下的雙根式特性導(dǎo)致方程無(wú)解析解。由此帶來(lái)的另一個(gè)問(wèn)題就是針對(duì)該模型進(jìn)行的誤差分析十分復(fù)雜，暫無(wú)完整的一套分析方法與體系。文獻(xiàn)“苗慧.機(jī)載sar定位精度的研究[j].電子所博碩士學(xué)位論文,2007，根據(jù)單基地sar幾何構(gòu)型”，提出了單基地sar定位方法，并將定位誤差分類(lèi)，從原理、設(shè)備和環(huán)境等方面分析計(jì)算對(duì)定位精度的影響。由于bi-sar構(gòu)型復(fù)雜，斜距方程存在雙根式特性，該文獻(xiàn)提出的誤差分析方法對(duì)于bi-sar并不適用。文獻(xiàn)“孟自強(qiáng),李亞超,胡奇,等.彈載雙基地前視sar建模及運(yùn)動(dòng)/同步誤差分析[j].系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2015,37(3):523-531.”，分析了雙基地彈載前視sar定位誤差來(lái)源及對(duì)成像的影響。但并未進(jìn)一步得出其定位誤差的具體計(jì)算方法。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明為解決雙基地合成孔徑雷達(dá)定位誤差分析中存在的困難及傳統(tǒng)r-d定位模型中定位誤差無(wú)法精確計(jì)算的問(wèn)題，提出了一種雙基地合成孔徑雷達(dá)定位誤差計(jì)算方法，從雙基地合成孔徑雷達(dá)構(gòu)型機(jī)理出發(fā)，使用梯度分析法完成對(duì)雙基距離和及多普勒中心頻移造成的定位誤差計(jì)算，推導(dǎo)出雙基地合成孔徑雷達(dá)目標(biāo)定位誤差具體公式。本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種雙基地合成孔徑雷達(dá)定位誤差計(jì)算方法，包括：s1、構(gòu)建雙基地合成孔徑雷達(dá)的回波模型；s2、根據(jù)波束中心時(shí)刻照射目標(biāo)點(diǎn)的發(fā)射站和接收站坐標(biāo)、多普勒中心時(shí)刻頻率以及雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，建立距離-多普勒定位模型；并根據(jù)建立的距離-多普勒定位模型求得目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)；s3、根據(jù)步驟s2建立的距離-多普勒定位模型，以及步驟s1建立的雙基地合成孔徑雷達(dá)的回波模型；分析得到：當(dāng)存在雙基距離和誤差時(shí)，將導(dǎo)致目標(biāo)位置在距離向發(fā)生變化，而在方位向位置不變；當(dāng)存在多普勒中心頻率誤差時(shí)，將導(dǎo)致目標(biāo)位置在方位向發(fā)生變化，而在距離向位置不變；s4、根據(jù)步驟s2得到的目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，分別計(jì)算當(dāng)存在雙基距離和的誤差情況下，目標(biāo)點(diǎn)的定位誤差；以及當(dāng)存在多普勒中心頻率的誤差情況下，目標(biāo)點(diǎn)的定位誤差。進(jìn)一步地，步驟s1具體包括以下分步驟：s11、設(shè)τ為距離向時(shí)間，η為方位向時(shí)間，則回波信號(hào)為：其中，r(η)表示雙基距離和歷程，(x,y)為目標(biāo)位置坐標(biāo)，(xt(η),yt(η),ht(η))和(xr(η),yr(η),hr(η))分別為發(fā)射站和接收站在方位時(shí)刻η的位置坐標(biāo)，f0為載頻的中心頻率，c為光速，kr為調(diào)頻斜率；s12、對(duì)步驟s11得到的回波信號(hào)去載頻解調(diào)，得到：s13、對(duì)步驟s12得到的回波信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到：其中，fr表示距離頻率。進(jìn)一步地，步驟s2所述距離-多普勒定位模型為：其中，(xt(0),yt(0),ht(0))和(xr(0),yr(0),hr(0))為波束中心時(shí)刻照射目標(biāo)點(diǎn)的發(fā)射站和接收站坐標(biāo)，r為雙基距離和，fdc為多普勒中心時(shí)刻頻率，λ為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，vt為發(fā)射站的飛行速度矢量，vr為接收站的飛行速度矢量，且rt為發(fā)射站斜距矢量，rr為接收站斜距矢量，且進(jìn)一步地，所述步驟s4具體包括：s41、根據(jù)距離梯度矢量，得到目標(biāo)地面距離梯度方向變化量；根據(jù)目標(biāo)地面距離梯度方向變化量，得到目標(biāo)位置變化量；根據(jù)目標(biāo)位置變化量，得到存在雙基距離和誤差時(shí)的目標(biāo)定位誤差；s42、根據(jù)多普勒頻率梯度矢量，得到目標(biāo)地面多普勒頻率梯度方向變化量；根據(jù)目標(biāo)地面多普勒頻率梯度方向變化量，得到目標(biāo)位置變化量；根據(jù)目標(biāo)位置變化量，得到存在多普勒中心頻率誤差時(shí)的目標(biāo)定位誤差。更進(jìn)一步地，步驟s41所述目標(biāo)地面距離梯度方向變化量為：其中，δrr′為目標(biāo)地面距離梯度方向變化量，δrr為目標(biāo)距離梯度方向變化量，為距離梯度方向與xoy平面夾角。更進(jìn)一步地，步驟s41所述目標(biāo)點(diǎn)的定位誤差為：其中，δx為目標(biāo)橫坐標(biāo)誤差，δy為目標(biāo)縱坐標(biāo)誤差，δrxy為目標(biāo)位置變化量，gr為距離梯度矢量，θr′為距離梯度方向的角度，且θa′為多普勒頻率梯度方向的角度，且ga為多普勒頻率梯度矢量，θxy為目標(biāo)位置變化角度，且進(jìn)一步地，步驟s42所述目標(biāo)點(diǎn)的定位誤差為：其中，δx為目標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)誤差，δy為目標(biāo)點(diǎn)的縱坐標(biāo)誤差，δfdc為目標(biāo)多普勒頻率方向變化量，為多普勒頻率方向與xoy平面夾角，ga為多普勒頻率梯度矢量，θr′為距離梯度方向的角度，且gr為距離梯度矢量；θa′為多普勒頻率梯度方向的角度，且本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的方法，從雙基地合成孔徑雷達(dá)構(gòu)型機(jī)理出發(fā)，使用梯度分析法完成對(duì)雙基距離和多普勒中心頻移造成的定位誤差計(jì)算，推導(dǎo)出雙基地合成孔徑雷達(dá)目標(biāo)定位誤差具體公式；解決了現(xiàn)有技術(shù)中針對(duì)雙基地合成孔徑雷達(dá)定位誤差分析中存在的困難及傳統(tǒng)r-d定位模型中定位誤差無(wú)法精確計(jì)算的問(wèn)題。根據(jù)本發(fā)明中的誤差計(jì)算公式，可以計(jì)算得到雙基地合成孔徑雷達(dá)的定位精度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)雙基地合成孔徑雷達(dá)定位精度的衡量和評(píng)估。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明提供的一種雙基地合成孔徑雷達(dá)定位誤差計(jì)算方法流程圖；圖2是本發(fā)明實(shí)施例提供的雙基地sar系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明實(shí)施例提供的r-d定位模型可行性驗(yàn)證示意圖；圖4是本發(fā)明實(shí)施例提供的目標(biāo)定位誤差分析示意圖；圖5是本發(fā)明實(shí)施例提供的無(wú)誤差情況下成像后獲得的目標(biāo)定位結(jié)果；圖6是本發(fā)明實(shí)施例提供的存在雙基距離和誤差情況下成像后獲得的目標(biāo)定位結(jié)果；圖7是本發(fā)明實(shí)施例提供的存在多普勒頻率誤差情況下成像后獲得的目標(biāo)定位結(jié)果。具體實(shí)施方式為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖對(duì)本
發(fā)明內(nèi)容進(jìn)一步闡釋。如圖1所示為本發(fā)明的方案流程圖，本發(fā)明的方案為：一種雙基地合成孔徑雷達(dá)定位誤差計(jì)算方法，包括：s1、構(gòu)建雙基地合成孔徑雷達(dá)的回波模型；具體包括以下分步驟：s11、設(shè)τ為距離向時(shí)間，η為方位向時(shí)間，則回波信號(hào)為：其中，r(η)表示雙基距離和歷程，(x,y)為目標(biāo)位置坐標(biāo)，此處為位置參量，(xt(η),yt(η),ht(η))和(xr(η),yr(η),hr(η))分別為發(fā)射站和接收站在方位時(shí)刻η的位置坐標(biāo)，f0為載頻的中心頻率，c為光速，kr為調(diào)頻斜率；s12、對(duì)步驟s11得到的回波信號(hào)去載頻解調(diào)，得到：s13、對(duì)步驟s12得到的回波信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，得到：其中，fr表示距離頻率。s2、根據(jù)波束中心時(shí)刻照射目標(biāo)點(diǎn)的發(fā)射站和接收站坐標(biāo)、多普勒中心時(shí)刻頻率以及雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，建立距離-多普勒定位模型；并根據(jù)建立的距離-多普勒定位模型求得目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)；所述距離-多普勒定位模型為：其中，(xt(0),yt(0),ht(0))和(xr(0),yr(0),hr(0))為波束中心時(shí)刻照射目標(biāo)點(diǎn)的發(fā)射站和接收站坐標(biāo)，r為雙基距離和，fdc為多普勒中心時(shí)刻頻率，λ為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，vt為發(fā)射站的飛行速度矢量，vr為接收站的飛行速度矢量，且rt為發(fā)射站斜距矢量，rr為接收站斜距矢量，且s3、根據(jù)步驟s2建立的距離-多普勒定位模型，以及步驟s1建立的雙基地合成孔徑雷達(dá)的回波模型；分析得到：當(dāng)存在雙基距離和誤差時(shí)，將導(dǎo)致目標(biāo)位置在距離向發(fā)生變化，而在方位向位置不變；當(dāng)存在多普勒中心頻率誤差時(shí)，將導(dǎo)致目標(biāo)位置在方位向發(fā)生變化，而在距離向位置不變；具體過(guò)程如下：根據(jù)r-d定位模型，目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)(x,y)是通過(guò)式(4)解算而來(lái)。因此，可以得出，直接影響bi-sar目標(biāo)定位誤差的因素是雙基距離和r的誤差δr與多普勒中心頻率fdc的誤差δfdc。當(dāng)存在雙基距離和誤差δr時(shí)，經(jīng)過(guò)解調(diào)后基帶信號(hào)為回波信號(hào)經(jīng)過(guò)距離向傅里葉變換后為對(duì)比式(3)可得，存在雙基距離和誤差δr時(shí)，其基帶回波信號(hào)距離向傅里葉變換中多出兩個(gè)相位項(xiàng)，分別為與其中，為方位向誤差相位項(xiàng)，是一個(gè)常數(shù)，對(duì)方位向位置無(wú)影響。為距離向誤差相位項(xiàng)，將導(dǎo)致距離向位置發(fā)生變化。綜上所述，存在雙基距離和誤差δr時(shí)，將導(dǎo)致目標(biāo)位置在距離向發(fā)生變化，即目標(biāo)在距離梯度方向有位移，而方位向位置不變，即目標(biāo)在多普勒頻率梯度方向無(wú)位移。表示在圖3中，即為目標(biāo)位置所在的等距離和曲線發(fā)生變化，而目標(biāo)位置的等多普勒線不變。參照上述存在雙基距離和誤差δr的分析過(guò)程，當(dāng)存在多普勒中心頻率誤差δfdc時(shí)，將導(dǎo)致目標(biāo)位置在方位向發(fā)生變化，即目標(biāo)在多普勒頻率梯度方向有位移，而距離向位置不變，即目標(biāo)在距離梯度方向無(wú)位移。表示在在圖3中，即為目標(biāo)位置所在的等多普勒曲線發(fā)生變化，而目標(biāo)位置的等距離和線不變。定義距離梯度gr與多普勒頻率梯度ga矢量為其中，分別是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)與目標(biāo)的徑向速度。存在雙基距離和誤差δr情況下，目標(biāo)距離梯度方向變化量為仿照上述分析過(guò)程，存在多普勒中心頻率誤差δfdc情況下，目標(biāo)多普勒梯度方向變化量為s4、根據(jù)步驟s2得到的目標(biāo)點(diǎn)坐標(biāo)，分別計(jì)算當(dāng)存在雙基距離和的誤差情況下，目標(biāo)點(diǎn)的定位誤差；以及當(dāng)存在多普勒中心頻率的誤差情況下，目標(biāo)點(diǎn)的定位誤差。所述步驟s4具體包括：s41、根據(jù)距離梯度矢量，得到目標(biāo)地面距離梯度方向變化量；如圖4所示，在xoy平面(即地平面，忽略成像區(qū)域內(nèi)高程信息)內(nèi)，o為沒(méi)有引入雙基距離和誤差前目標(biāo)的位置，o′為引入雙基距離和誤差后目標(biāo)的真實(shí)位置。其中，在xoy平面內(nèi)，多普勒頻率梯度方向的角度θa′，距離梯度方向的角度θr′。線段oa為距離梯度方向變化量δrr′，線段oo′為目標(biāo)位置變化量δrxy。由式(7)空間矢量，可得距離梯度方向與xoy平面夾角即目標(biāo)地面距離梯度方向變化量為其中，δrr′為目標(biāo)地面距離梯度方向變化量，δrr為目標(biāo)距離梯度方向變化量，為距離梯度方向與xoy平面夾角，且根據(jù)目標(biāo)地面距離梯度方向變化量，得到目標(biāo)位置變化量；因?yàn)槟繕?biāo)在多普勒頻率梯度方向無(wú)位移，所以目標(biāo)位置變化量oo′與多普勒梯度方向垂直，即θ1＝π/2。根據(jù)幾何角度關(guān)系，可得目標(biāo)位置變化量：δrxy＝δrr′/cosθ2(11)其中，θ2表示如圖4所示的距離梯度方向oa與目標(biāo)位置變化方向oo′的夾角，根據(jù)目標(biāo)位置變化量，得到存在雙基距離和誤差δr時(shí)目標(biāo)點(diǎn)的定位誤差；其中，δx為目標(biāo)點(diǎn)的橫坐標(biāo)誤差，δy為目標(biāo)點(diǎn)的縱坐標(biāo)誤差，δrxy為目標(biāo)位置變化量，gr為距離梯度矢量，θr′為距離梯度方向的角度，且θa′為多普勒頻率梯度方向的角度，且ga為多普勒頻率梯度矢量，θxy為目標(biāo)位置變化角度，即，如圖4所示的目標(biāo)位置變化方向oo′與橫坐標(biāo)負(fù)半軸的夾角，且s42、根據(jù)多普勒頻率梯度矢量，得到目標(biāo)地面多普勒頻率梯度方向變化量；根據(jù)目標(biāo)地面多普勒頻率梯度方向變化量，得到目標(biāo)位置變化量；δrf,xy＝δrf′/sin(θa′+θr′)(14)根據(jù)目標(biāo)位置變化量，得到存在多普勒中心頻率誤差時(shí)目標(biāo)點(diǎn)的定位誤差。其中，δx為目標(biāo)橫坐標(biāo)誤差，δy為目標(biāo)縱坐標(biāo)誤差，δfdc為目標(biāo)多普勒頻率方向變化量，為多普勒頻率方向與xoy平面夾角，且ga為多普勒頻率梯度矢量，θr′為距離梯度方向的角度，且gr為距離梯度矢量；θa′為多普勒頻率梯度方向的角度，且下面以一個(gè)具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明提供的一種雙基地合成孔徑雷達(dá)定位誤差計(jì)算方法做進(jìn)一步描述：s1、建立bi-sar回波模型本發(fā)明實(shí)施例采用的bi-sar幾何結(jié)構(gòu)如圖2所示，系統(tǒng)仿真參數(shù)如表1所示：表1系統(tǒng)仿真參數(shù)參數(shù)數(shù)值載頻9.65ghz發(fā)射站零時(shí)刻位置坐標(biāo)(-10,0,10)km發(fā)射站運(yùn)動(dòng)速度矢量(0,100,0)m/s接收站零時(shí)刻位置坐標(biāo)(-1,-5,10)km接收站運(yùn)動(dòng)速度矢量(0,100,0)m/s信號(hào)帶寬300mhz信號(hào)時(shí)寬5us脈沖采樣周期1000hz合成孔徑時(shí)間1s本發(fā)明實(shí)施例采用以上參數(shù)，波束中心位于場(chǎng)景坐標(biāo)原點(diǎn)時(shí)記為零時(shí)刻，即場(chǎng)景中心點(diǎn)為(0,0)，此例中場(chǎng)景中心點(diǎn)處設(shè)置一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)；在marlab平臺(tái)上，根據(jù)式(2)，仿真出bi-sar回波數(shù)據(jù)。s2、建立r-d定位模型根據(jù)式(4)所建立的r-d定位模型，可以對(duì)點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行定位，此時(shí)由于沒(méi)有引入任何誤差，所以目標(biāo)位置定位結(jié)果不會(huì)產(chǎn)生任何誤差。對(duì)回波進(jìn)行定位成像，如圖6所示，目標(biāo)點(diǎn)位置為(0,0)。s3、計(jì)算目標(biāo)空間梯度方向的變化量根據(jù)上述分析可知，當(dāng)在回波中引入雙基距離和誤差δr時(shí)，目標(biāo)在距離梯度方向上移動(dòng)，δr＝6m時(shí)，目標(biāo)距離梯度方向變化量δrr＝3.2607m；當(dāng)在回波中引入多普勒頻率誤差δfdc時(shí)，目標(biāo)在距離梯度方向上移動(dòng)，δfdc＝-6.4333hz時(shí)，目標(biāo)多普勒梯度方向變化量δrf＝-13.6523m。s4、計(jì)算目標(biāo)定位誤差在回波中引入雙基距離和誤差δr＝6m，對(duì)回波進(jìn)行定位成像，如圖6所示，仿真得到的目標(biāo)點(diǎn)位置為(7.5,0.2)。根據(jù)式(12)，計(jì)算定位誤差值為由于目標(biāo)原位置為(0,0)，因此引入雙基距離和誤差δr＝6m后，點(diǎn)目標(biāo)位置坐標(biāo)為(7.4324,0.1849)。計(jì)算值與仿真值近似相等。在回波中引入多普勒頻率誤差δfdc＝-6.4333hz，對(duì)回波進(jìn)行定位成像，如圖7所示，仿真得到的目標(biāo)點(diǎn)位置為(7.9,-14.1)。根據(jù)式(13)，計(jì)算定位誤差值為由于目標(biāo)原位置為(0,0)，因此引入多普勒頻率誤差δfdc＝-6.4333hz后，點(diǎn)目標(biāo)位置坐標(biāo)為(7.9840,-14.2710)。計(jì)算值與仿真值近似相等。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12