[發(fā)明專利]基于SAR圖像的海上目標定位方法、裝置及無人機平臺

在審

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• 申請日: 2022-10-21
• 公開（公告）號: CN115685176A
• 公開（公告）日: 2023-02-03
• 發(fā)明（設計）人: 康騰飛;汪宗福;胥秋;張重九;汪曉青;張平;曾小初;吳磊
• 申請（專利權(quán)）人: 成都匯蓉國科微系統(tǒng)技術有限公司
• 主分類號: G01S13/50
• 分類號: G01S13/50;G01S13/89;B64D47/00;B64C39/02
• 代理公司: 中國和平利用軍工技術協(xié)會專利中心 11215
• 代理人: 劉光德;彭霜

本發(fā)明公開了一種基于SAR圖像的海上目標定位方法、裝置及無人機平臺。該方法包括：對SAR圖像進行目標檢測以估計目標距離和目標多普勒位置，基于目標多普勒位置對目標斜視角進行修正；根據(jù)目標的修正斜視角以及距離多普勒方程，確定目標在成像坐標系下的距離位置估計值；根據(jù)目標距離，以距離位置快速估計值為中心，求解滿足目標等距離方程的目標位置的可能解集；在目標位置的可能解集中求解等距離線上點集的等斜視角，并基于修正斜視角，求解點集中斜視角滿足收斂誤差的最優(yōu)坐標點；根據(jù)成像坐標系和發(fā)射坐標系之間的旋轉(zhuǎn)夾角，將最優(yōu)坐標點轉(zhuǎn)換為發(fā)射坐標系下的目標定位坐標。本發(fā)明不涉及復雜的矩陣求逆運算和迭代運算，運算量小。

技術領域

本發(fā)明屬于機載雷達目標探測及跟蹤技術領域，尤其是涉及一種基于SAR斜距圖像的海上目標定位方法、裝置及無人機載平臺。

背景技術

無人機載SAR，尤其是小型無人機載SAR發(fā)展之初，由于成像算法復雜且處理器件速度跟不上，使得無人機載SAR圖像還不能做到實時成像，因此沒有應用到無人機跟蹤制導過程，僅用于輔助目標識別。隨著SAR成像算法的發(fā)展以及處理器件的不斷更新迭代，SAR圖像已經(jīng)可以做到實時成像，圖像幀率達到20Hz，基于SAR的目標圖像跟蹤已被廣泛應用。由于基于SAR圖像的目標跟蹤必須要解決目標的定位問題，因此如何基于SAR圖像快速定位目標成為研究熱點。

基于機載平臺SAR圖像的目標定位技術，主要有兩種主流的定位方法：一種是先將SAR圖像投影到地面，獲得目標的地距圖像，然后在地距圖像上進行目標檢測，基于檢測的目標位置進行距離多普勒定位。這種方法由于需要獲得目標區(qū)域精細的地距圖像，涉及大量的插值運算，運算量大實時性較差。另外一種是先將SAR圖像中關鍵點和GCP點切片進行匹配，然后基于GCP點構(gòu)建距離多普勒方程，通過譜修正和迭代算法，可以求解出整個彈載平臺的精確運動方程，修正有誤差的運動平臺軌跡，再基于精確的運動方程，求解地面任意圖像的目標定位。這種方法定位精度高，但是涉及矩陣求逆以及迭代運算，算法復雜度高，不適合應用等耗時有較高要求的無人機載平臺，尤其是小型無人機載平臺。此外，在進行海上目標定位時，在海面上沒有GCP控制點時，該方法也無法適用。

因此，現(xiàn)有SAR目標定位算法復雜，需要依賴高精度GPS等定位設備，難以適應無人機載平臺，尤其是計算資源受限的小型無人機載平臺高動態(tài)應用的需求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明基于機載平臺末端制導SAR成像幾何構(gòu)型，通過轉(zhuǎn)換坐標系，將發(fā)射坐標系(制導坐標系)多變量耦合的距離多普勒方程轉(zhuǎn)換到成像坐標系，實現(xiàn)了變量分離和降維。

本發(fā)明的第1方面，公開了一種海上目標定位方法，該方法包括：

獲取目標的SAR圖像，對所述SAR圖像進行目標檢測以估計目標距離和目標多普勒位置，基于所述目標多普勒位置對目標斜視角進行修正；

根據(jù)目標的修正斜視角以及距離多普勒方程，確定目標在成像坐標系下的距離位置估計值；

根據(jù)所述目標距離，以所述距離位置快速估計值為中心，以預定迭代步長，求解滿足目標等距離方程的目標位置的可能解集；

在所述目標位置的可能解集中求解等距離線上點集的等斜視角，并基于所述修正斜視角，求解所述點集中斜視角滿足收斂誤差的最優(yōu)坐標點；

根據(jù)成像坐標系和發(fā)射坐標系之間的旋轉(zhuǎn)夾角，將所述最優(yōu)坐標點轉(zhuǎn)換為發(fā)射坐標系下的目標定位坐標。

尤其是，上述方法用于無人機載平臺進行海上目標實時定位。

本發(fā)明的第2方面，公開了海上目標定位裝置，該裝置包括：

斜視角修正模塊，用于利用對目標SAR圖像進行目標檢測估計得到的目標距離和目標多普勒位置對目標斜視角進行修正；

目標距離位置估計模塊，用于根據(jù)目標的修正斜視角以及距離多普勒方程，確定目標在成像坐標系下的距離位置估計值；