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ρ_r；

成像几何参数：SR，H_w，其中，表示为波束中心擦地角，SR表示为斜距，H_w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∈[SR_{w_min}，SR_{w_max}]，其中SR_{w_min}是SAR成像的最小作用距离，并且为固定参数，SR_{w_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H_w∈[h_{w_min}，h_{w_max}]，其中h_{w_min}是SAR能够成出理想图像的最低高度，并且为固定参数，h_{w_max}＝min(h_{carrier_max}，SR_{w_max})是载机的实用升限h_{carrier_max}，和 SR_{w_max}的较小值，h_{carrier_max}同样为固定参数；

波束中心擦地角其中

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与目标的SAR图像特征相关，对应数据集中的特定目标识别率可达到最优值，然后确定H_w∈[h_{w_min}，h_{w_max}]，通过波束中心擦地角和确定具体数值的相对工作高度H_w，计算斜距SR，表达式为：

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和相对工作高度H_w，再确定斜距SR或者，

优先选择波束中心擦地角和斜距SR，再确定相对工作高度H_w或者，

优先选择相对工作高度H_w和斜距SR，再确定波束中心擦地角

更具体的说，

1、当H_w优先，(可调)，H_w∈[h_{w_min}，h_{w_max}](可调)，(显示当前值和变量取值区间)；

2、当SR优先，(可调)，SR∈[SR_{w_min}，SR_{w_max}](可调)， (显示当前值和变量取值区间)；

3、当SR，H_w优先，SR∈[SR_{w_min}，SR_{w_max}](可调)，H_w∈[h_{w_min}，h_{w_max}](可调)，(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θ_V构成的扇面以擦地角在地面的投影宽度。

具体的说，步骤S2包括：步骤S201、根据斜距SR、波束中心擦地角与波束垂直角度θ_V (固定参数)之间的几何关系，求出测绘带宽度S_W，表达式为：

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T_s距离起飞点最近的原则，

下面由起飞点P_home来确定目标区扫描起点和终点，即目标区扫描起点T_s是T₁和T₂中距离起飞点P_home较近的点，另外，目标区扫描终点T_e是T₁和T₂中距离起飞点P_home较远的点。则扫描航线方向沿(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、波束中心擦地角和SAR相对目标区域的高度H_w(输入参数)，投影距离(已推算参数)，T_s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：T_s(lat)；

航线终点i的纬度：T_e(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：T_e(lat)；

航线终点i的纬度：T_s(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：

T_s(lon)±(R_c-S_W/2+i·S_W)(S形扫描)

当P_home(lon)＞T_s(lon)，则取”+”，当P_home(lon)＜＝T_s(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：H_w+(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：

T_s(lat)±(R_c-S_W/2+i·S_W)(S形扫描)；

当P_home(lat)＞T_s(lat)，则取”+”；当P_home(lat)＜＝T_s(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：T_s(lon)；

航线终点i的经度：T_e(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：T_e(lon)；

航线终点i的经度：T_s(lon)；

机头指向：指向航线起点i。

航线的高度：H_w+(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：ρ_r-＞V_{work_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P_home(lon，lat)(平台自动获取)，成像区第一起点和高度 T_s(h)；

确定转折点：P_turning(lon，lat，h)，其中，

转折点高度：P_turning(h)＝T_s(h)*0.5；

转折点经、纬度：P_turning(lon，lat)＝P_home(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：V_{approach_V}；

接近段水平速度：V_{approach_H}；

脱离段垂直速度：V_{disengage_V}；

脱离段水平速度：V_{disengage_H}＝V_{approach_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

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：T_s(lat)

测绘带中心线终点i的纬度：T_e(lat)

当i为奇数时：

测绘带中心线起点i的纬度：T_e(lat)

测绘带中心线终点i的纬度：T_s(lat)

测绘带中心线起点i和终点i的经度，由下式得出：

T_s(lon)±(-S_W/2+i·S_W)(S形扫描)

当P_home(lon)＞＝T_s(lon)，则取”+”，当P_home(lon)＜＝T_s(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

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：T_s(lat)±(-S_W/2+i·S_W)(S形扫描)

当P_home(lat)＞T_s(lat)，则取”+”

当P_home(lat)＜＝T_s(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：T_s(lon)

测绘带中心线终点的经度：T_e(lon)

当i为奇数时：

航线起点的经度：T_e(lon)

航线终点的经度：T_s(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ρ_a，开机位置P_{SAR_on}和关机位置P_{SAR_off}；具体如下：

ρ_a＝ρ_r

P_{SAR_on}＝扫描航线起点i

P_{SAR_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。