一种机动平台双基前视SAR轨迹设计方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114236543A(43)申请公布日2022.03.25(21)申请号202111541173.0(22)申请日2021.12.16(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人孙稚超孙华瑞安洪阳陈天夫任航武俊杰杨建宇(74)专利代理机构成都虹盛汇泉专利代理有限公司51268代理人王伟(51)Int.Cl.G01S13/90(2006.01)权利要求书3页说明书7页附图4页(54)发明名称一种机动平台双基前视SAR轨迹设计方法(57)摘要本发明公开了一种机动平台双基前视SAR轨迹设计方法，本发明的方法利用GEO‑SAR作为照射源，高速机动平台作为接收站实现前视成像，综合考虑平台飞行性能和成像性能，对实际情况进行建模，确立合适的优化函数和约束条件，将轨迹设计问题建模为多约束的双目标优化问题，然后将状态变量和控制变量离散化，并采用多目标差分进化算法求解优化问题，从而实现了高速机动平台双基前视SAR轨迹设计，可以计算出一条满足成像指标且能准确的抵达目标降落点的飞行路径，实现高速运动平台前视成像性能优化。CN114236543ACN114236543A权利要求书1/3页1.一种机动平台双基前视SAR轨迹设计方法，具体包括如下步骤：步骤S1.飞行轨迹建模，将飞行轨迹按时间平均分为N段，每一段的时间为t，高速运动平台的加速度在地面坐标系中记为分别代表x轴，y轴，z轴三个方向的加速度；步骤S2.建立优化函数，根据任务目标，选取控制能量、飞行时间、分辨单元面积、不能成像时间四个轨迹性能指标建立优化函数：(1)控制能量：将控制能量的优化函数建立为：其中，i代表飞行轨迹的段序号，控制能量即为每一段飞行轨迹中的三个方向的加速度平方和；(2)飞行时间：将控制飞行时间的优化函数建立为：f2＝kNt其中，k是权值系数，用来保证飞行时间和控制能量的优化函数处于同一量级；(3)分辨单元面积：将按时间等分后的每段飞行轨迹继续按照时间等分成M段，计算每一子段飞行轨迹的成像分辨性能，将分辨单元面积的优化函数记为：其中，为每一子段的分辨单元面积，ρgr为距离分辨率，ρaz为方位分辨率，α是分辨方向夹角；距离分辨率ρgr为：⊥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：其中，I是单位矩阵，PG是成像区域坐标系的法向单位矢量，是PG的转置；uTA(t0)是在t0时刻目标到发射站的单位向量，uRA(t0)是在t0时刻目标到接收站的单位向量；方位分辨率ρaz表示为：其中，λ为载波波长，Ta为合成孔径时间，ωTA(t)为发射站的角速度，ωRA(t)为接收站的角速。分辨方向夹角α表示为：2CN114236543A权利要求书2/3页α＝cos‑1(Ξ·Θ)其中，Θ表示距离分辨方向的单位矢量，Ξ表示方位分辨方向的单位矢量，(4)不能成像时间：设飞行轨迹不能成像时间为tun_image，将控制不能成像时间的优化函数记为：f4＝tun_image考虑控制能量、飞行时间、分辨单元面积、不能成像时间四个目标函数，建模为双目标优化函数，针对飞行平台的动能和能量限制，同时考虑控制能量最小，飞行时间最短建立优化函数一：针对飞行平台整个飞行路径的成像性能，同时考虑分辨单元面积最小和不能成像时间最短建立优化函数二：F2＝f3+f4步骤S3.确定约束条件，确定飞行平台终端位置、飞行平台机动性以及视线角三个约束条件；(1)飞行平台终端位置约束：为了使飞行平台落在指定位置，建立约束条件：||[Rdx(Nt)‑Rdx,Rdy(Nt)‑Rdy,Rdz(Nt)‑Rdz]||＝0其中，规定飞行平台在时间t的位置矢量为[Rdx(t),Rdy(t),Rdz(t)]，[Rdx(Nt),Rdy(Nt),Rdz(Nt)]代表飞行平台在降落时刻Nt的位置矢量，||||表示2范数运算，即取矢量长度，目标位置矢量为[Rtx,Rty,Rtz]，由||[Rdx(Nt)‑Rdx,Rdy(Nt)‑Rdy,Rdz(Nt)‑Rdz]||判定飞行器降落前是否满足终端约束；(2)飞行平台机动性约束：对x，y，z三个方向的加速度(ax,ay,az)进行约束：其中，ax_max,ay_max,az_max分别为飞行平台沿x，y，z三个方向加速度的最大值；(3)视线角约束：视线角约束设为：|σ(t)|≤σmax，其中，σ(t)表示t时刻飞行平台的视线角，σmax为飞行平台雷达天线的最大波束指向角；建立的优化函数和约束条件如下式所示：s.t.||[Rdx(Nt)‑Rdx,Rdy(Nt)‑Rdy,Rdz(Nt)‑Rdz]||＝0|σ(t)|≤σmax3CN114236543A权利要求书3/3页步骤S4.使用