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#pragma once
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/*****************************************************************//**
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* \file SARSatelliteSimulationAbstractCls.h
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* \brief 定义SAR卫星仿真整个流程中得抽象模型,并定义一些常用的结构体
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* 主要包含
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*
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* 1. 卫星坐标状态
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* 2. 卫星天线指向状态（扫描角、指向）
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* 3. 卫星天线方向图（以 以天线指向为0度，Z->Y ： theta , X->Y phi )
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* 4. 卫星参数(频率、带宽、快时间、PRF、Fs)
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* 天线方向图 ： phi=0 与 X轴飞行方向一致，此时 G(phi)>G(theta) 即 G(V)>G(H) 水平极化
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* 天线方向图 ： phi=90 与 y轴飞行方向一致，此时 G(phi)<G(theta) 即 G(V)<G(H) 垂直极化
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* \author 陈增辉
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* \date October 2024
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*********************************************************************/
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#include "BaseConstVariable.h"
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#include "LogInfoCls.h"
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#include <QString>
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#include <vector>
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#include <Eigen/Core>
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#include <Eigen/Dense>
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#include "GeoOperator.h"
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/// <summary>
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/// 天线方向图的获取
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/// 注意这里使用 双线性插值
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/// </summary>
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class AbstractRadiationPattern {
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public:
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AbstractRadiationPattern();
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virtual ~AbstractRadiationPattern();
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public:
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virtual double getGain(double theta, double phi);
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virtual std::vector<RadiationPatternGainPoint> getGainList();
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virtual ErrorCode getGain(double& theta, double& phi, double& GainValue);
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virtual ErrorCode getGainLinear(double& theta, double& phi, double& GainValue);
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double getGainLearThetaPhi(double theta, double phi);
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virtual ErrorCode setGain(double theta, double phi, double GainValue);
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virtual ErrorCode RecontructGainMatrix(double threshold=-3);
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virtual std::vector<double> getThetas();
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virtual std::vector<double> getPhis();
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virtual Eigen::MatrixXd getGainMatrix();
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virtual double getMaxTheta();
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virtual double getMinTheta();
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virtual double getMaxPhi();
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virtual double getMinPhi();
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private:
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std::vector<RadiationPatternGainPoint> GainMap; // 天线方向图
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std::vector<double> thetas;
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std::vector<double> phis;
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Eigen::MatrixXd GainMatrix;
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double maxGain, maxThetaGain, maxPhiGain;
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double mintheta, maxtheta, minphi, maxphi;
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double EdgethetaMin, EdgethetaMax;
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double EdgeXMin, EdgeXMax;
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};
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/// <summary>
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/// 卫星轨道模型，与姿态控制
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/// 如无特别说明，所有角度都是弧度制
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/// 如果没有特别说明，卫星天线坐标系参考GF3:
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/// 天线展开放方向轴为X轴，
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/// X轴定义为： 天线摆动角为0时，卫星飞行方向
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/// Z轴定义为纵向，理论上 Z轴应该为天线指向方向
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/// H 极化定义为 垂直极化，Z->X 平面
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/// V 极化定义为 水平极化，Z->Y 平面
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/// -Z
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/// |
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/// [=====]X<---Y---[======]
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/// _
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/// ___
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/// _____
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/// _________
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///
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///
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///
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/// -Z
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/// ^
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/// |
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/// X<-Fly-Y
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/// _
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/// ___
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/// _______
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///
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/// 左右视
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/// 左视(+） 右视（-）
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/// Z Z Z
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/// ^ \ /
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/// | \ /
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/// x<--O--- x<--O--- x<--O---
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/// | |\ /|
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/// \ /
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///
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///
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/// X=Y x Z 摆动角(-） 摆动角（+）
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/// Z Z Z
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/// ^ \ /
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/// | \ /
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/// y<--X--- y<--X--- y<--X---
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/// | |\ /|
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/// \ /
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||
/// 注：多普勒时间按照《合成孔径雷达成像算法与实现，cumming》中，前视为 - ，后视为 +
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///
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/// </summary>
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class AbstractSatelliteOribtModel {
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public:
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virtual ~AbstractSatelliteOribtModel();
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public: // 卫星轨道节点
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virtual SatelliteOribtNode getSatelliteOribtNode(double& timeFromStartTime,bool& antAzAngleFlag); // 获取轨道节点
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virtual ErrorCode getSatelliteOribtNode(double& timeFromStartTime, SatelliteOribtNode& node, bool& antAzAngleFlag); // 获取轨道节点
|
||
virtual ErrorCode getSatelliteAntDirectNormal(SatelliteOribtNode& Rs, Vector3D& Rt, SatelliteAntDirect& antNode); // 计算目标在天线方向图中的位置
|
||
|
||
public: // 卫星轨道模型的参考时间节点
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virtual void setSatelliteOribtStartTime(long double oribtStartTime);// 设置卫星模型参考时间
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virtual long double getSatelliteOribtStartTime();// 获取卫星模型参考时间
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public: // 入射角相关参数
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virtual void setbeamAngle(double beamAngle,bool RightLook);// 设置波位角
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public: // 天线摆动角相关参数
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virtual void setAzAngleRange(double cycletime,double minAzAngle,double maxAzAngle,double referenceAzAngle, double referenceTimeFromStartTime);//方位角变换循环时间 ;方位角变换范围； 特定时间的方位角，用于计算方位角变化情况
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||
virtual double getAzAngleInCurrentTimeFromStartTime(double& currentTime);// 获取当前时间的 天线摆动角
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||
virtual ErrorCode getAzAngleInCurrentTimeFromStartTime(double& currentTime, double& AzAngle);// 获取当前时间的 天线摆动角
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||
public: // 定义在原始天线坐标下的天线坐标系的调整，其中仍然定义-Z 轴为 天线指向方向
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virtual void setAntnnaAxisX(double X,double Y,double Z); // 设置天线X轴指向
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virtual void setAntnnaAxisY(double X, double Y, double Z); // 设置天线X轴指向
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||
virtual void setAntnnaAxisZ(double X, double Y, double Z); // 设置天线X轴指向
|
||
virtual ErrorCode getZeroDopplerAntDirect(SatelliteOribtNode& node);// 获取0多普勒天线方向
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||
virtual ErrorCode getAntnnaDirection( SatelliteOribtNode &node); // 获取天线指向方向
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||
public:
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virtual double getPt();
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virtual double getGri();
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virtual void setPt(double Pt);
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||
virtual void setGri(double gri);
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};
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/// <summary>
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/// SAR卫星的相关信息
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/// 1. 坐标系统为 WGS84，坐标单位是 米，时间单位是： 秒
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/// 2. 注意一般来说PRF图像行数相关，Fs 与 图像列数是相关得
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/// 3.
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/// </summary>
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class AbstractSARSatelliteModel
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{
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public: // 轨道模型
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virtual SatelliteOribtNode getSatelliteOribtNode(double& timeFromStartTime, bool& antAzAngleFlag);// 设置轨道节点，
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virtual ErrorCode getSatelliteOribtNode(double& timeFromStartTime, SatelliteOribtNode& node, bool& antAzAngleFlag); // 获取轨道节点
|
||
virtual ErrorCode getSatelliteAntDirectNormal(SatelliteOribtNode& Rs, Vector3D& Rt, SatelliteAntDirect& antNode); // 计算目标在天线方向图中的位置
|
||
virtual void setSatelliteOribtModel(std::shared_ptr<AbstractSatelliteOribtModel> model); // 设置轨道模型
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||
public:// 影像成像时间
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virtual void setSARImageStartTime(long double imageStartTime);// 成像开始时间
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virtual void setSARImageEndTime(long double imageEndTime); // 成像结束时间
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virtual double getSARImageStartTime();
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virtual double getSARImageEndTime();
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virtual double getNearRange(); // 近斜距 -- 快时间门
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virtual void setNearRange(double NearRange);
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virtual double getFarRange(); // 最远斜距
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virtual void setFarRange(double FarRange);
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||
virtual bool getIsRightLook() ; // 是否右视
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virtual void setIsRightLook(bool isR) ;
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public: // 成像参数
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virtual void setCenterFreq(double Freq); // 中心频率
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virtual double getCenterFreq();
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virtual void setCenterLamda(double Lamda); // 波长
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virtual double getCenterLamda();
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virtual void setBandWidth(double bandwidth); // 带宽范围
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virtual double getBandWidth();
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virtual QVector<double> getFreqList(); // 获取频点列表
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virtual void setRefphaseRange(double refRange);
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virtual double getRefphaseRange();
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virtual POLARTYPEENUM getPolarType();// 极化类型
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virtual void setPolarType(POLARTYPEENUM type);
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public: // 设置PRF、FS
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virtual void setPRF(double prf); // 方位向采样频率
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virtual double getPRF();
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virtual double getFs(); // 距离向采样频率
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virtual void setFs(double fs);
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virtual double getCenterLookAngle() ;
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virtual void setCenterLookAngle(double angle) ;
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public:// 天线方向图
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virtual void setTransformRadiationPattern(std::shared_ptr<AbstractRadiationPattern> radiationPanttern); // 极化发射方向图
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virtual void setReceiveRadiationPattern(std::shared_ptr<AbstractRadiationPattern> radiationPanttern); // V 极化接收方向图
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virtual std::shared_ptr<AbstractRadiationPattern> getTransformRadiationPattern();// H 极化发射方向图
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virtual std::shared_ptr<AbstractRadiationPattern> getReceiveRadiationPattern();// V 极化发射方向图
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||
public:
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virtual double getPt();
|
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virtual double getGri();
|
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virtual void setPt(double Pt);
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virtual void setGri(double gri);
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private:
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double refRangePhase;
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double DopplerParametersReferenceTime;
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std::vector<double> DopplerCentroidCoefficients;
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std::vector<double> DopplerRateValuesCoefficients;
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||
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public:
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virtual double getDopplerParametersReferenceTime() ;
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virtual void setDopplerParametersReferenceTime(double time) ;
|
||
virtual std::vector<double> getDopplerCentroidCoefficients() ;
|
||
virtual void setDopplerCentroidCoefficients(std::vector<double> DopplerCentroids) ;
|
||
virtual std::vector<double> getDopplerRateValuesCoefficients() ;
|
||
virtual void setDopplerRateValuesCoefficients(std::vector<double> DopplerRateValues) ;
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};
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/** 通用函数 ************************************************************************** */
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/// <summary>
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/// 从xml文件中读取卫星集合坐标节点
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/// </summary>
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/// <param name="xmlPath"></param>
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/// <param name="nodes"></param>
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/// <returns></returns>
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ErrorCode ReadSateGPSPointsXML(QString xmlPath, std::vector<SatelliteOribtNode>& nodes);
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std::vector<SatelliteOribtNode> FilterSatelliteOribtNode(std::vector<SatelliteOribtNode>& nodes, double startTime, double endTime,long minCount=10);
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std::shared_ptr<AbstractRadiationPattern> CreateAbstractRadiationPattern(std::vector<RadiationPatternGainPoint> antPatternPoints);
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std::vector<RadiationPatternGainPoint> ReadGainFile(QString antPatternFilePath);
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/** 天线方向图文件展示 ********************************************************************** */
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/** 多普勒频率计算相关内容 ********************************************************************** */
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* 参考资料
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* 合成孔径雷达成像算法与实现，cumming 洪文译, 第四章 合成孔径的概念
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* 雷达信号处理基础，Mark A.Richards,邢孟道译
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||
* 合成孔径雷达成像原理，皮亦鸣
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||
* InSAR原理与应用，刘国祥
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||
* 弹载SAR回波信号仿真研究，林江红
|
||
* 星载合成孔径雷达原始回波数据模拟研究，吕辉
|
||
* SAR回波仿真信号生成算法的性能比较研究，韦立登
|
||
* 星载合成孔径雷达影像正射校正方法研究，陈尔学
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||
* 注：吕辉 多普勒计算公式 与 陈尔学的多普勒计算公式存在差异，中间省略了一些变换过程
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* .
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*/
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// 多普勒中心频率
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double getDopplerCenterFreq(double &lamda,double &R,Vector3D &Rs,Vector3D &Rt,Vector3D &Vs,Vector3D &Vt);
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||
// 多普勒调频率（斜率）
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double getDopplerFreqRate(double& lamda, double& R, Vector3D& Rs, Vector3D& Rt, Vector3D& Vs, Vector3D& Vt,Vector3D &Ast);
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