一种基于自旋空间目标模型投影匹配的目标姿态估计方法.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CN114114267A(43)申请公布日2022.03.01(21)申请号202210078234.2(22)申请日2022.01.24(71)申请人中国人民解放军32035部队地址710600陕西省西安市临潼区环城东路11号(72)发明人张荣之周峰徐蓉周佐邦石晓然刘宏周婉婷刘磊杜荣震张炜(74)专利代理机构西安嘉思特知识产权代理事务所(普通合伙)61230代理人刘长春(51)Int.Cl.G01S13/90(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书4页说明书17页附图6页(54)发明名称一种基于自旋空间目标模型投影匹配的目标姿态估计方法(57)摘要本发明公开了一种基于自旋空间目标模型投影匹配的目标姿态估计方法，包括：获取雷达对自旋空间目标的位置测量信息以及回波数据；基于回波数据在多个子孔径成像平面进行ISAR成像，得到二维ISAR图像序列；利用位置测量信息构建瞬时雷达视线在轨道坐标系下的雷达视线矢量；基于该雷达视线矢量、自旋空间目标的三维模型以及运动规律，构建自旋空间目标在每个子孔径成像平面的投影图像的数学模型；基于数学模型，以最大化二维ISAR图像序列与投影图像序列的相似度为目标、并以自旋空间目标的运动姿态参数为求解参数构建一目标函数；利用粒子群优化算法求解目标函数，得到姿态估计结果。本发明可以提供目标姿态估计的鲁棒性和执行效率。CN114114267ACN114114267A权利要求书1/4页1.一种基于自旋空间目标模型投影匹配的目标姿态估计方法，其特征在于，包括：获取雷达对自旋空间目标的位置测量信息以及所述自旋空间目标的回波数据；基于所述回波数据在多个子孔径成像平面进行ISAR成像，得到二维ISAR图像序列；利用所述位置测量信息构建瞬时雷达视线在所述自旋空间目标自身的轨道坐标系下的雷达视线矢量；基于所述轨道坐标系下的雷达视线矢量、所述自旋空间目标已知的三维模型以及所述自旋空间目标的运动规律，构建所述自旋空间目标在每个所述子孔径成像平面的投影图像的数学模型；基于所述数学模型，以最大化所述二维ISAR图像序列与各个所述子孔径成像平面的投影图像的相似度为目标、并以所述数学模型中所使用的所述自旋空间目标的运动姿态参数为求解参数，构建一目标函数；利用粒子群优化算法求解所述目标函数，得到的最优解作为所述自旋空间目标的姿态估计结果。2.根据权利要求1所述的基于自旋空间目标模型投影匹配的目标姿态估计方法，其特征在于，所述运动姿态参数包括：所述自旋空间目标的旋转角速度、所述自旋空间目标的转轴在所述轨道坐标系下的俯仰角和方位角，以及所述自旋空间目标绕本体三维坐标系的三个坐标轴的旋转值；其中，所述本体三维坐标系与所述三维模型中所定义的三维坐标系相同。3.根据权利要求1所述的基于自旋空间目标模型投影匹配的目标姿态估计方法，其特征在于，所述位置测量信息包括：所述瞬时雷达视线在雷达测量坐标系下的俯仰角和方位角；所述利用所述位置测量信息构建瞬时雷达视线在所述自旋空间目标自身的轨道坐标系下的雷达视线矢量，包括：根据所述瞬时雷达视线在所述雷达测量坐标系下的俯仰角和方位角，构建所述瞬时雷达视线在所述雷达测量坐标系下的雷达视线矢量；将所述雷达测量坐标系下的雷达视线矢量与一变换矩阵相乘，得到所述瞬时雷达视线在所述轨道坐标系下的雷达视线矢量；其中，所述变换矩阵是以地心惯性坐标系为中转基准、实现从所述雷达测量坐标系到所述轨道坐标系的转换的矩阵。4.根据权利要求2所述的基于自旋空间目标模型投影匹配的目标姿态估计方法，其特征在于，在构建所述数学模型的过程中，所述自旋空间目标上的任一散射点表示为：；其中，表示该散射点，为雷达的方位慢时间，为该散射点在所述本体三维坐标系下的坐标，n为该散射点的编号；为所述自旋空间目标的初始姿态旋转矩阵，、以及分别为所述自旋空间目标绕所述轨道坐标系的三个坐标轴的旋转量；2CN114114267A权利要求书2/4页，，，、以及分别为所述自旋空间目标绕所述本体三维坐标系的三个坐标轴的俯仰角、滚动角以及偏航角；为所述自旋空间目标的运动旋转矩阵，表示所述自旋空间目标的旋转角速度，为单位矩阵，的下标r表示旋转的含义；，和分别为所述自旋空间目标的转轴在所述轨道坐标系下的俯仰角和方位角。5.根据权利要求4所述的基于自旋空间目标模型投影匹配的目标姿态估计方法，其特征在于，所述数学模型的构建方式，包括：根据自旋空间目标的散射点到雷达的距离在所述轨道坐标系下的瞬时雷达视线上的投影的第一表达式，以及散射点的瞬时多普勒频率的第二表达式，构建散射点到二维ISAR成像平面的投影矩阵；根据所述投影矩阵、所述初始姿态旋转矩阵以及散射点在所述本体三维坐标系下的坐标，构建散射点在