CN113406638A - 一种基于多旋翼无人机sar成像系统的参数一体化设定方法 - Google Patents

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CN113406638A CN202110718588.4A CN202110718588A CN113406638A CN 113406638 A CN113406638 A CN 113406638A CN 202110718588 A CN202110718588 A CN 202110718588A CN 113406638 A CN113406638 A CN 113406638A
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Abstract

本发明公开了一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，包括：设定输入参数；确定所述无人机平台在成像区的飞行参数；根据测绘带中心线的起点以及终点的位置信息，确定所述天线伺服控制模块在成像区的横滚角和俯仰角；根据所述距离向分辨率以及所述无人机在成像区飞行航线的节点位置信息，确定所述成像子系统在成像区的方位向分辨率，开机位置和关机位置。本发明相对于现有技术只需要根据少量输入参数，即可自主驱动各子系统的工作参数设置任务，提升了无人机SAR系统对目标区域成像的准确性和效率，且可大幅提高系统部署速度。

Description

一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法
技术领域
本发明涉及无人机雷达成像技术领域，特别是涉及一种基于无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)作为一种高分辨微波成像雷达,不仅能够实现目标的二维高分辨率成像,还具有全天时、全天候、多极化、抗干扰等优点,具有很好的军事应用前景。近年来，随着科技发展SAR系统微型化逐渐成为研究热点，微型SAR系统以其系统体积小、重量轻、平台适配灵活和造价较低等优点在各应用领域的受到重视。然而，要想利用微型SAR准确获取目标区域的高质量图像，除了SAR系统自身的性能外，SAR系统与天线伺服控制系统和运动平台的配合也至关重要。具体来说，运动平台的非理想运动，比如平台沿航线方向速度不恒定，平台沿雷达视线方向的速度不为0，平台的俯仰、横滚和偏航的角运动，都会严重影响成像质量，例如参考文献【宋胜利，陆洪涛，刘磊.不同飞行平台对SAR成像质量影响的研究[J].现代雷达，2011】就曾提出过该问题。其中前两点主要影响回波信号的相位误差，最后一点造成了回波多普勒信号的幅度调制。一般SAR天线可以依靠天线伺服控制系统实现自稳，因此，角运动带来的负面影响基本可以消除。而平台沿航线方向匀速运动和雷达视线方向的速度为0就是平台运动的主要约束条件。
在现有技术中，主要讨论了高机动平台、小型及以上飞机平台、飞艇平台的SAR成像指标与成像参数优化设计问题，例如在申请号为202010963255.3的发明专利中就曾考虑了运动平台和SAR的性能，根据成像约束条件讨论了系统参数的设置方法。
而多旋翼无人机平台有别于上述运动平台，有其鲜明的特点：可垂直起降、原地转向、飞行速度较慢、平飞时各方向性能相同等。现有技术不能很好地解决多旋翼无人机的微型SAR 成像系统的参数设置问题。
为保证成像质量，需要根据平台运动的约束条件设计航线，利用多旋翼无人机的特点与成像几何提升目标区域的扫描效率。而子系统(模块)和平台的各类参数需要根据成像任务分别推算且需要利用多种软件平台设置参数，该过程效率较低，降低了系统部署的速度。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种基于无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，该方法只需要根据少量的输入参数，即可驱动各子系统的工作参数设置任务，提升了无人机 SAR系统对目标区域成像的准确性和效率，且可大幅提高系统部署速度。
为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，所述多旋翼无人机SAR成像系统包括：无人机平台、天线伺服控制模块和成像子系统；包括如下步骤：
步骤S1、设定输入参数，所述输入参数包括：目标区域的最左上点的坐标以及最右下点的坐标，距离向分辨率和成像几何参数，所述成像几何参数包括：斜距、波束中心擦地角和相对工作高度；只需要步骤S1输入的参数就可以驱动后续步骤；
步骤S2、确定所述无人机平台在成像区的飞行参数，该飞行参数包括：扫描航线、地速和垂直速度，其中，所述成像区为所述成像子系统对所述目标区域成像的飞行区域；
步骤S3、根据测绘带中心线的起点以及终点的位置信息，确定所述天线伺服控制模块在成像区的横滚角和俯仰角；
步骤S4、根据所述距离向分辨率以及所述无人机在成像区飞行航线的节点位置信息，确定所述成像子系统在成像区的方位向分辨率，开机位置和关机位置。
进一步的，在所述步骤S2中，确定所述无人机平台在成像区的扫描航线的方法具体包括：
步骤S201、根据所述斜距、所述波束中心擦地角与波束垂直角度之间的几何关系，求出测绘带宽度，其中，所述测绘带宽度为雷达波束垂直角度构成的扇面以擦地角在地面的投影宽度；
步骤S202、令所述测绘带宽度等于成像区扫描航线间距，计算目标区域的纬线方向边长和经线方向边长，以及所述目标区域的面积；
步骤S203、基于扫描区域不重叠以及航线转折次数最少的原则，通过比较所述测绘带宽度与所述纬线方向边长和所述经线方向边长的大小，确定扫描航线的方向；
步骤S204、根据步骤S203中确定的航线方向，并且结合所述目标区域的面积、所述测绘带宽度以及投影距离，确定所述无人机在成像区扫描航线的节点位置信息，其中，所述扫描航线包括至少一条航线，当大于两条航线时，航线与航线之间通过转折航线进行连接，并且每一条航线均包括起点和终点，所述节点位置信息为所述扫描航线中每一条航线的起点和终点的经纬度坐标及高度。
进一步的，在所述步骤S202中，根据所述目标区域的最左上点的坐标以及最右下点的坐标，求距离差，得出所述目标区域的纬线方向边长和经线方向边长，最后将该两个边长做乘积，得出所述目标区域的面积。
进一步的，所述步骤S203包括：
若所述测绘带宽度大于所述经线方向边长并且大于所述纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿经线方向或者沿纬线方向，并且扫描起点为所述最左上点或者所述最右下点中距离起飞点最近的点；
若所述测绘带宽度大于所述经线方向边长并且小于所述纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿纬线方向，并且扫描起点为所述最左上点或者所述最右下点中距离起飞点最近的点；
若所述测绘带宽度小于所述经线方向边长并且大于所述纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿经线方向，并且扫描起点为所述最左上点或者所述最右下点中距离起飞点最近的点；
若所述测绘带宽度小于所述经线方向边长并且小于所述纬线方向边长，进一步判断，若所述目标区域的经线方向边长小于纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿纬线方向，若所述目标区域的经线方向边长大于纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿经线方向，并且扫描起点为所述最左上点或者所述最右下点中距离起飞点最近的点；
进一步的，在所述步骤S204中，
若步骤S203中确定的航线方向为经线方向时，扫描航线的条数为所述目标区域的面积除以单次扫描航线扫过的面积并向上取整，其中，单次扫描航线扫过的面积具体为所述测绘带宽度乘以经线方向边长；
所述扫描航线中某一条航线i，当i为偶数时，则该条航线的起点的纬度为所述扫描起点的纬度，终点的纬度为扫描终点的纬度，当i为奇数时，则该条航线的起点的纬度为扫描终点的纬度，终点的纬度为所述扫描起点的纬度。
进一步的，在所述步骤S204中，
若步骤S203中确定的航线方向为纬线方向时，扫描航线的条数为所述目标区域的面积除以单次扫描航线扫过的面积并向上取整，其中，单次扫描航线扫过的面积具体为所述测绘带宽度乘以纬线方向边长；
所述扫描航线中某一条航线i，当i为偶数时，则该条航线的起点的经度为所述扫描起点的经度，终点的经度为扫描终点的经度，当i为奇数时，则该条航线的起点的经度为扫描终点的经度，终点的经度为所述扫描起点的经度。
进一步的，在所述扫描航线中，每一条航线中的起点和终点均由目标区域扫描起点的纬度以及经度、斜距的投影距离和测绘带宽度共同确定。
进一步的，在所述步骤S3中，当所述无人机平台处于成像区的某条航线时，根据该条航线对应的测绘带中心线的起点高度、终点高度、以及该起点该终点之间的投影距离确定所述天线伺服控制模块在该条航线时的横滚角，并且所述横滚角的最大值为所述天线伺服控制模块的最大限位值。
本发明的有益效果是：
本发明相对于现有技术只需要根据少量输入参数，即可自主驱动各子系统的工作参数设置任务，提升了无人机SAR系统对目标区域成像的准确性和效率，且可大幅提高系统部署速度。
附图说明
图1为本实施例1中无人机SAR成像原理图。
图2为本实施例1中无人机在成像区航线与目标区扫描示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例1
参加图1和图2，本实施例提供一种基于无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，无人机SAR成像系统包括：无人机平台、天线伺服控制模块和成像子系统；具体的说，无人机平台是用来搭载成像子系统和天线伺服控制模块的载机；天线伺服控制模块是用来控制、稳定成像子系统中天线指向目标区域的子系统，成像子系统是利用电磁波对地物目标成像的子系统。在本方法中涉及的参数类型包括三类，第一类为固定参数，该类参数由子系统(模块) 和平台的固有性能决定，已知且不可调整；第二类为输入参数，该类参数由用户根据成像任务需求设置的工作模式和参数；第三类为推算参数，该类参数为通过本实施提出的设定方法推算得出。
该设定方法具体包括如下步骤：
步骤S1、设定输入参数，输入参数包括：
目标区域的左上坐标T1(lon,lat,h)以及右下坐标T2(lon,lat,h)，其中lon,lat,h分别表示经度、纬度和高度；
距离向分辨率ρr；
成像几何参数：
Figure BDA0003136048690000051
SR，Hw，其中，
Figure BDA0003136048690000052
表示为波束中心擦地角，SR表示为斜距，Hw表示为相对工作高度；
上述三个成像几何参数均具有相应的取值范围，具体是：
斜距SR∈[SRw_min，SRw_max]，其中SRw_min是SAR成像的最小作用距离，并且为固定参数，SRw_max是SAR成像的最大作用距离，同样为固定参数；
相对工作高度Hw∈[hw_min，hw_max]，其中hw_min是SAR能够成出理想图像的最低高度，并且为固定参数，hw_max＝min(hcarrier_max，SRw_max)是载机的实用升限hcarrier_max，和 SRw_max的较小值，hcarrier_max同样为固定参数；
波束中心擦地角
Figure BDA0003136048690000053
其中
Figure BDA0003136048690000054
具体的说，在本实施例中，为方便快速部署本方法，上述三个成像几何参数具有两种设定方式，具体是：识别率优先方法和优先参数自选方法，前者只需设置1个参数即可完成最优识别率目标下的成像几何参数设定，后者可以选择不同组合灵活地设置成像几何参数。
更具体的说，上述识别率优先方法包括：
首先固定波束中心擦地角
Figure BDA0003136048690000055
与目标的SAR图像特征相关，对应数据集中的特定
Figure BDA0003136048690000056
目标识别率可达到最优值，然后确定Hw∈[hw_min，hw_max]，通过波束中心擦地角
Figure BDA0003136048690000057
和确定具体数值的相对工作高度Hw，计算斜距SR，表达式为：
Figure BDA0003136048690000058
更具体的说，上述优先参数自选方法为通过确定上述三个成像几何参数中的两个成像几何参数确定另外一个参数，具体包括：
优先选择波束中心擦地角
Figure BDA0003136048690000059
和相对工作高度Hw，再确定斜距SR或者，
优先选择波束中心擦地角
Figure BDA00031360486900000510
和斜距SR，再确定相对工作高度Hw或者，
优先选择相对工作高度Hw和斜距SR，再确定波束中心擦地角
Figure BDA00031360486900000511
更具体的说，
1、当
Figure BDA00031360486900000512
Hw优先，
Figure BDA00031360486900000513
(可调)，Hw∈[hw_min，hw_max](可调)，
Figure BDA00031360486900000514
(显示当前值和变量取值区间)；
2、当
Figure BDA00031360486900000515
SR优先，
Figure BDA00031360486900000516
(可调)，SR∈[SRw_min，SRw_max](可调)，
Figure BDA00031360486900000517
(显示当前值和变量取值区间)；
3、当SR，Hw优先，SR∈[SRw_min，SRw_max](可调)，Hw∈[hw_min，hw_max](可调)，
Figure BDA0003136048690000061
(显示当前值和变量取值区间)。
步骤S2、确定无人机平台在接近段、脱离段和成像区的飞行参数，该飞行参数包括：三维航线、地速和垂直速度；
具体的说，接近段是指无人机从起飞点到成像区第一起点的飞行阶段，脱离段是指从成像区最后一个终点到降落点的飞行阶段，成像区是指SAR子系统对目标区成像的飞行区域。
在本步骤重点是需要确定无人机平台在成像区的飞行参数，需要说明的是，无人机平台早成像区航线的规划原则：目标区扫描起点距离起飞点最近且航线的转折次数最少。成像区航线规划需要充分利用测绘带宽度提升对目标区域成像的效率，具体参见图1和图2，SAR波束指向与载机航向垂直，测绘带宽度S_W是雷达波束垂直角度θV构成的扇面以擦地角
Figure BDA0003136048690000065
在地面的投影宽度。
具体的说，步骤S2包括：步骤S201、根据斜距SR、波束中心擦地角
Figure BDA0003136048690000062
与波束垂直角度θV (固定参数)之间的几何关系，求出测绘带宽度S_W，表达式为：
Figure BDA0003136048690000063
步骤S202、为保证扫描区域不重叠，令测绘带宽度等于成像区扫描航线间距(成像区扫描航线间距也即是成像区扫描航线间距)，根据T1和T2计算目标区域(图2中T1与T2之间的区域)的纬线方向边长T_lat和经线方向边长T_lon，以及目标区域的面积：
T_S＝T_lat·T_lon；
步骤S203、基于扫描区域不重叠以及航线转折次数最少的原则，通过比较测绘带宽度与纬线方向边长和经线方向边长的大小，确定扫描航线的方向和扫描区域起点；
具体的说，确定扫描航线的方向包括四种情况：
1、若S_W＞T_lon且S_W＞T_lat(测绘带宽度大于目标区任意一边)则沿任意边执行单次扫描航线即可完成对整个目标区域的扫描。此种情况下，根据目标区扫描起点Ts距离起飞点最近的原则，
Figure BDA0003136048690000064
下面由起飞点Phome来确定目标区扫描起点和终点，即目标区扫描起点Ts是T1和T2中距离起飞点Phome较近的点，另外，目标区扫描终点Te是T1和T2中距离起飞点Phome较远的点。则扫描航线方向沿
Figure BDA0003136048690000071
(l＝lat，lon)方向，其中lat和 Ion分别表示纬线方向和经线方向，
2、若S_W＞T_lon且S_W＜T_lat，则扫描航线方向沿纬线(lat)方向；
3、若S_W＜T_lon且S_W＞T_lat，则扫描航线方向沿经线(lon)方向；
4、若S_W＜T_lon且S_W＜T_lat，继续判断若T_lon＜T_lat则扫描航线方向沿纬线(lat)方向；若T_lon＞T_lat则扫描航线方向沿经线(lon)方向；
步骤S204、根据步骤S203中确定的航线方向，并且结合目标区域的面积、测绘带宽度以及投影距离，确定无人机在成像区飞行航线的节点位置信息，节点包括起点和终点；
具体的说，已知：斜距SR、波束中心擦地角
Figure BDA0003136048690000072
和SAR相对目标区域的高度Hw(输入参数)，投影距离
Figure BDA0003136048690000073
(已推算参数)，Ts是扫描区域起点(已推算参数)，扫描航线间距为S_W(已推算参数)，如图2所示。
1、当扫描航线沿经线(lon)方向时，
扫描航线的条数
Figure BDA0003136048690000074
i∈(0，1…N-1)
扫描航线的条数N为目标区域的面积除以单次扫描航线扫过的面积并向上取整
其中单次扫描航线扫过的面积为：S_S＝S_W·T_lon，i表示第i条航线
当i为偶数时：
航线起点i的纬度：Ts(lat)；
航线终点i的纬度：Te(lat)；
机头指向：指向航线终点i。
当i为奇数时：
航线起点i的纬度：Te(lat)；
航线终点i的纬度：Ts(lat)；
机头指向：指向航线起点i。
航线起点i和终点i的经度由下式得出：
Ts(lon)±(Rc-S_W/2+i·S_W)(S形扫描)
当Phome(lon)＞Ts(lon)，则取”+”，当Phome(lon)＜＝Ts(lon)，则取”-”；
具体的说，即航线起点i和终点i的经度：由目标区域扫描起点的经度、斜距的投影距离和测绘带宽度共同确定。
航线高度：Hw+(测绘带中心线起点i的高度+测绘带中心线终点i的高度)/2。
2、扫描航线沿纬线(lat)方向
扫描航线的条数
Figure BDA0003136048690000081
i∈(0，1…N-1)
扫描航线的条数N为目标区域的面积除以单次扫描航线扫过的面积并向上取整
其中单次扫描航线扫过的面积为：S_S＝S_W·T_lat，i表示第i条航线
航线起点i和终点i的纬度，由下式得出：
Ts(lat)±(Rc-S_W/2+i·S_W)(S形扫描)；
当Phome(lat)＞Ts(lat)，则取”+”；当Phome(lat)＜＝Ts(lat)，则取”-”；
具体的说，即航线起点i和终点i的纬度：由目标区域扫描起点的纬度、斜距的投影距离和测绘带宽度共同确定；
当i为偶数时：
航线起点i的经度：Ts(lon)；
航线终点i的经度：Te(lon)；
机头指向：指向航线终点i；
当i为奇数时：
航线起点i的经度：Te(lon)；
航线终点i的经度：Ts(lon)；
机头指向：指向航线起点i。
航线的高度：Hw+(测绘带中心线起点i的高度+测绘带中心线终点i的高度)/2；
成像区载机水平速度：ρr-＞Vwork_H。
步骤S205、确定无人机平台在接近段航线参数；
具体包括：
根据已知参数：起飞点经、纬度Phome(lon，lat)(平台自动获取)，成像区第一起点和高度 Ts(h)；
确定转折点：Pturning(lon，lat，h)，其中，
转折点高度：Pturning(h)＝Ts(h)*0.5；
转折点经、纬度：Pturning(lon，lat)＝Phome(lon，lat)
步骤S206、脱离段航线参数；
参数与接近段航线参数相同，其中在该段的固定参数包括：
接近段垂直速度：Vapproach_V；
接近段水平速度：Vapproach_H；
脱离段垂直速度：Vdisengage_V；
脱离段水平速度：Vdisengage_H＝Vapproach_H。
步骤S3、根据测绘带中心线的起点以及终点的位置信息，确定天线伺服控制模块的横滚角和俯仰角；
具体的说，测绘带中心线的起点以及终点的位置信息通过如下方法获取：
1、当测绘带中心线沿经线(lon)方向时；
扫描航线的条数
Figure BDA0003136048690000091
i∈(0，1…N-1)(N为测绘带中心线的条数)
当i为偶数时：
测绘带中心线起点i的纬度：Ts(lat)
测绘带中心线终点i的纬度：Te(lat)
当i为奇数时：
测绘带中心线起点i的纬度：Te(lat)
测绘带中心线终点i的纬度：Ts(lat)
测绘带中心线起点i和终点i的经度，由下式得出：
Ts(lon)±(-S_W/2+i·S_W)(S形扫描)
当Phome(lon)＞＝Ts(lon)，则取”+”，当Phome(lon)＜＝Ts(lon)，则取”-”；
具体的说，即测绘带中心线起点i和终点i的经度：由目标区域扫描起点的经度、斜距的投影距离和测绘带宽度共同确定；
测绘带中心线起点i和终点i的高度：地图获取(海拔)。
2、当测绘带中心线沿纬线(lat)方向时；
测绘带中心线的条数
Figure BDA0003136048690000092
i∈(0，1…N-1)(N为测绘带中心线的条数)
测绘带中心线起点i和终点i的纬度：Ts(lat)±(-S_W/2+i·S_W)(S形扫描)
当Phome(lat)＞Ts(lat)，则取”+”
当Phome(lat)＜＝Ts(lat)，则取”-”
即测绘带中心线起点i和终点i的纬度：由目标区域扫描起点的纬度、斜距的投影距离和测绘带宽度共同确定
当i为偶数时：
测绘带中心线起点的经度：Ts(lon)
测绘带中心线终点的经度：Te(lon)
当i为奇数时：
航线起点的经度：Te(lon)
航线终点的经度：Ts(lon)
测绘带中心线起点i和终点i的高度：地图获取(海拔)
更具体的说，天线伺服控制模块通过控制云台的横滚角和俯仰角，从而控制SAR波束指向目标区域，当接近段和脱离段时，SAR子系统不工作，为减小风阻、保证着陆和起飞姿态的平稳，所以roll＝0°，pitch＝0°，即云台保持初始位置。
当在成像区时，横滚角roll由测绘带中心线的起点和终点高度以及他们之间的投影距离确定。若roll的绝对值大于天线伺服控制模块的最大限位值max_roll，则roll的取max_roll 的数值，其符号保持不变。
当在成像区时，roll＝arctan[(起点i(h)-终点i(h))/Distance(起点i(lat，lon)，终点i(lat，lon))]，若abs(roll)＞＝max_roll(固定参数)，则roll＝max_roll。
pitch由天线伺服控制模块内部算法解算得到，算法所需输入参数为测绘带中心线起点i 和终点i的经度、纬度和高度。
步骤S4、根据距离向分辨率以及无人机在成像区飞行航线的节点位置信息，确定成像子系统在成像区的方位向分辨率，开机位置和关机位置。
具体的说，已知参数：距离向分辨率ρr(输入参数)，成像区扫描航线起点i和终点i(已推算参数)，推算参数：方位向分辨率ρa，开机位置PSAR_on和关机位置PSAR_off；具体如下：
ρa＝ρr
PSAR_on＝扫描航线起点i
PSAR_off＝扫描航线终点i
本发明未详述之处，均为本领域技术人员的公知技术。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术人员无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，所述多旋翼无人机SAR成像系统包括：无人机平台、天线伺服控制模块和成像子系统；其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1、设定输入参数，所述输入参数包括：目标区域的最左上点的坐标以及最右下点的坐标，距离向分辨率和成像几何参数，所述成像几何参数包括：斜距、波束中心擦地角和相对工作高度；
步骤S2、确定所述无人机平台在成像区的飞行参数，该飞行参数包括：扫描航线、地速和垂直速度，其中，所述成像区为所述成像子系统对所述目标区域成像的飞行区域；
步骤S3、根据测绘带中心线的起点以及终点的位置信息，确定所述天线伺服控制模块在成像区的横滚角和俯仰角；
步骤S4、根据所述距离向分辨率以及所述无人机在成像区飞行航线的节点位置信息，确定所述成像子系统在成像区的方位向分辨率，开机位置和关机位置。
2.根据权利要求1所述的一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，其特征在于，在所述步骤S2中，确定所述无人机平台在成像区的扫描航线的方法具体包括：
步骤S201、根据所述斜距、所述波束中心擦地角与波束垂直角度之间的几何关系，求出测绘带宽度，其中，所述测绘带宽度为雷达波束垂直角度构成的扇面以擦地角在地面的投影宽度；
步骤S202、令所述测绘带宽度等于成像区扫描航线间距，计算目标区域的纬线方向边长和经线方向边长，以及所述目标区域的面积；
步骤S203、基于扫描区域不重叠以及航线转折次数最少的原则，通过比较所述测绘带宽度与所述纬线方向边长和所述经线方向边长的大小，确定扫描航线的方向；
步骤S204、根据步骤S203中确定的航线方向，并且结合所述目标区域的面积、所述测绘带宽度以及投影距离，确定所述无人机在成像区扫描航线的节点位置信息，其中，所述扫描航线包括至少一条航线，当大于两条航线时，航线与航线之间通过转折航线进行连接，并且每一条航线均包括起点和终点，所述节点位置信息为所述扫描航线中每一条航线的起点和终点的经纬度坐标及高度。
3.根据权利要求2所述的一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，其特征在于，在所述步骤S202中，根据所述目标区域的最左上点的坐标以及最右下点的坐标，求距离差，得出所述目标区域的纬线方向边长和经线方向边长，最后将该两个边长做乘积，得出所述目标区域的面积。
4.根据权利要求3所述的一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，其特征在于，所述步骤S203包括：
若所述测绘带宽度大于所述经线方向边长并且大于所述纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿经线方向或者沿纬线方向，并且扫描起点为所述最左上点或者所述最右下点中距离起飞点最近的点；
若所述测绘带宽度大于所述经线方向边长并且小于所述纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿纬线方向，并且扫描起点为所述最左上点或者所述最右下点中距离起飞点最近的点；
若所述测绘带宽度小于所述经线方向边长并且大于所述纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿经线方向，并且扫描起点为所述最左上点或者所述最右下点中距离起飞点最近的点；
若所述测绘带宽度小于所述经线方向边长并且小于所述纬线方向边长，进一步判断，若所述目标区域的经线方向边长小于纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿纬线方向，若所述目标区域的经线方向边长大于纬线方向边长，则所述扫描航线的方向为沿经线方向，并且扫描起点为所述最左上点或者所述最右下点中距离起飞点最近的点。
5.根据权利要求4所述的一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，其特征在于，在所述步骤S204中，
若步骤S203中确定的航线方向为经线方向时，扫描航线的条数为所述目标区域的面积除以单次扫描航线扫过的面积并向上取整，其中，单次扫描航线扫过的面积具体为所述测绘带宽度乘以经线方向边长；
所述扫描航线中某一条航线i，当i为偶数时，则该条航线的起点的纬度为所述扫描起点的纬度，终点的纬度为扫描终点的纬度，当i为奇数时，则该条航线的起点的纬度为扫描终点的纬度，终点的纬度为所述扫描起点的纬度。
6.根据权利要求5所述的一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，其特征在于，在所述步骤S204中，
若步骤S203中确定的航线方向为纬线方向时，扫描航线的条数为所述目标区域的面积除以单次扫描航线扫过的面积并向上取整，其中，单次扫描航线扫过的面积具体为所述测绘带宽度乘以纬线方向边长；
所述扫描航线中某一条航线i，当i为偶数时，则该条航线的起点的经度为所述扫描起点的经度，终点的经度为扫描终点的经度，当i为奇数时，则该条航线的起点的经度为扫描终点的经度，终点的经度为所述扫描起点的经度。
7.根据权利要求5或6所述的一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，其特征在于，在所述扫描航线中，每一条航线中的起点和终点均由目标区域扫描起点的纬度以及经度、斜距的投影距离和测绘带宽度共同确定。
8.根据权利要求7所述的一种基于多旋翼无人机SAR成像系统的参数一体化设定方法，其特征在于，在所述步骤S3中，当所述无人机平台处于成像区的某条航线时，根据该条航线对应的测绘带中心线的起点高度、终点高度、以及该起点该终点之间的投影距离确定所述天线伺服控制模块在该条航线时的横滚角，并且所述横滚角的最大值为所述天线伺服控制模块的最大限位值。
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Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102122173A (zh) * 2011-01-13 2011-07-13 北京航空航天大学 一种基于sar雷达成像的无人机航线规划方法
CN102346249A (zh) * 2010-07-28 2012-02-08 中国科学院电子学研究所 合成孔径雷达宽测绘带对地观测步进扫描模式的实现方法
CN104898100A (zh) * 2015-04-30 2015-09-09 中国电子科技集团公司第三十八研究所 基于弱布设角反射器的机载sar辐射外定标处理方法
CN105892483A (zh) * 2016-04-05 2016-08-24 中科九度(北京)空间信息技术有限责任公司 一种基于多旋翼无人机的微型sar遥感观测方法
CN106896360A (zh) * 2017-04-21 2017-06-27 南京航空航天大学 一种sar信号处理算法的fpga实现方法
CN110208801A (zh) * 2019-06-28 2019-09-06 西安电子科技大学 一种普适的sar成像prf优化设计方法
CN110261854A (zh) * 2019-06-27 2019-09-20 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种适用于慢速平台的广域sar成像方法
CN111929681A (zh) * 2020-06-24 2020-11-13 苏州理工雷科传感技术有限公司 一种基于轻小型无人机载sar的实时成像处理系统

Patent Citations (8)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN102346249A (zh) * 2010-07-28 2012-02-08 中国科学院电子学研究所 合成孔径雷达宽测绘带对地观测步进扫描模式的实现方法
CN102122173A (zh) * 2011-01-13 2011-07-13 北京航空航天大学 一种基于sar雷达成像的无人机航线规划方法
CN104898100A (zh) * 2015-04-30 2015-09-09 中国电子科技集团公司第三十八研究所 基于弱布设角反射器的机载sar辐射外定标处理方法
CN105892483A (zh) * 2016-04-05 2016-08-24 中科九度(北京)空间信息技术有限责任公司 一种基于多旋翼无人机的微型sar遥感观测方法
CN106896360A (zh) * 2017-04-21 2017-06-27 南京航空航天大学 一种sar信号处理算法的fpga实现方法
CN110261854A (zh) * 2019-06-27 2019-09-20 中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所 一种适用于慢速平台的广域sar成像方法
CN110208801A (zh) * 2019-06-28 2019-09-06 西安电子科技大学 一种普适的sar成像prf优化设计方法
CN111929681A (zh) * 2020-06-24 2020-11-13 苏州理工雷科传感技术有限公司 一种基于轻小型无人机载sar的实时成像处理系统

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