基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法技术

技术编号:16885396 阅读:204 留言:0更新日期:2017-12-27 03:12
基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法,本发明专利技术涉及运动成像目标宽带信号连续跟踪方法。本发明专利技术的目的是为了解决现有强散射点跟踪法由于角闪烁和遮挡效应对估值带来的影响大,在实际应用中可行性受限的问题;以及卡尔曼滤波跟踪方法算法复杂、计算量较大,鲁棒性差,无法满足较高的实时性要求的问题。过程为:一:散射点提取:二:距离跟踪:三:得到第j个脉冲成像目标偏离波束中心的方位角误差;四:得到运动成像目标偏离成像场景中央的距离差估计值和方位角误差估计值;五:分别传输给接收机和天线伺服,调整距离采样窗口和天线指向,实现对运动成像目标的实时连续跟踪。本发明专利技术用于运动成像目标宽带信号跟踪领域。

Continuous tracking method for imaging target of inverse synthetic aperture radar based on wide-band echo

An inverse synthetic aperture radar imaging target continuous tracking method based on broadband echo, and the present invention relates to a continuous tracking method of wideband signal of moving imaging target. The purpose of the invention is to solve the problems of strong scattering point tracking method due to the influence of glint and shielding effect on the valuation brought big problems, feasibility is limited in practical application; and Calman filter tracking algorithm is complex, large amount of calculation, poor robustness, can not satisfy the high real-time problem. The process is: A: scattering point extraction: Two: distance tracking: Three: get the j pulse imaging target deviation beam center azimuth error; four: get moving imaging deviation from target imaging scene central distance estimation and azimuth error estimates; five were transmitted to the receiver and the antenna. Adjust the distance sampling window and antenna pointing, to achieve the goal of real-time continuous tracking of moving image. The present invention is used in the field of wideband signal tracking for moving imaging targets.

【技术实现步骤摘要】
基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法
本专利技术涉及雷达成像目标连续跟踪方法。
技术介绍
雷达成像技术发展于上个世纪50年代,雷达成像技术的发展推动了新体制雷达的兴起,它的出现是雷达领域的一个重要的里程碑。逆合成孔径雷达(ISAR)能够全天候、全方位的对目标水域进行探测搜索,获得海面舰船目标信息,同时可以对感兴趣的目标进行成像以及特征提取和属性区分,分辨率高,监控范围广阔,而且不受天气因素的影响,弥补了传统光学监控设备的缺陷,对我国管辖海域、海岸带实施巡航监视,提升国家海防能力具有重要意义。ISAR雷达通常工作在探测模式和成像模式:在探测模式中,发射窄带信号对目标进行检测,估计出目标的距离和方位;在成像模式中利用以及获得的目标信息调整天线方向和距离采样窗口,发射宽带对成像目标进行成像。成像时由于发射带宽较大,而且雷达单快拍回波中目标信息相对较少,通常需要成像目标的实时位置来调整采样窗口位置;而且由于成像目标运动,天线需要始终照射运动成像目标,否则会导致接收不到运动成像目标回波。由于单次海面舰船目标的摇摆成像时间约为数秒,对舰船目标进行航迹成像时长达数十秒,此期间目标运动会导致的距离、方位变化。因此,常规雷达通常需要再次搜索成像目标当前位置才能再次实现成像。单次扫描消耗的时间通常为天线转动周期,机动目标在此期间的位移无法获知,严重制约了国土海岸防卫的能力。对于海面机动威胁目标,通常需要连续的对该目标进行长时间监视、成像,因此成像期间对目标进行距离、方位连续跟踪的技术亟待解决。在国外的相关文献中,强散射点跟踪法能追踪目标距离像中幅度较大的散射点,但由于角闪烁和遮挡效应对估值带来的的影响大,在实际应用中可行性受限;卡尔曼滤波跟踪方法具有精度高的特点,但由于算法复杂、计算量较大,鲁棒性差,无法满足较高的实时性要求。目前,成像期间目标距离、方位连续跟踪相关技术在国内鲜有报道。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决现有强散射点跟踪法由于角闪烁和遮挡效应对估值带来的的影响大,在实际应用中可行性受限的问题;以及卡尔曼滤波跟踪方法算法复杂、计算量较大,鲁棒性差,无法满足较高的实时性要求的问题,而提出基于逆合成孔径雷达的运动成像目标宽带信号连续跟踪方法。基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法具体过程为:步骤一:散射点提取:将雷达回波正交基带复信号进行谱分析,获得运动成像目标高分辨一维距离像序列,对运动成像目标高分辨一维距离像序列取模得到运动成像目标散射点幅度,对运动成像目标散射点幅度求平方得到功率,对功率的序列进行处理获得L个疑似属于运动成像目标散射点的位置及对应幅度;L取值为正整数;所述高分辨为高距离分辨,高距离分辨力为亚米级;步骤二:距离跟踪:从步骤一获得的L个疑似属于运动成像目标的散射点中选取功率最强的前N个散射点,获得N个疑似属于运动成像目标的散射点的位置及幅度,采用质心加权方法进行单个脉冲偏离成像场景中央的距离差估计,得到第j个脉冲运动成像目标偏离成像场景中央的距离差ΔRj;N取值为正整数;所述成像场景为步骤一获得的运动成像目标高分辨一维距离像序列;成像场景中央为成像场景中间的位置;步骤三:利用步骤二获得的N个疑似属于运动成像目标的散射点的位置,结合和差双通道距离像复数据进行和差比幅单脉冲测角(处理前先完成和差通道补偿),采用质心加权方法进行单个脉冲偏离波束中心的方位角误差估计,得到第j个脉冲运动成像目标偏离波束中心的方位角误差Δθj;步骤四:采用M个脉冲进行脉间处理,对ΔRj、Δθj进行基于幅度的质心加权,得到经过M个脉冲进行质心加权处理之后的运动成像目标偏离成像场景中央的距离差估计值和经过M个脉冲进行质心加权处理之后的运动成像目标偏离波束中心的方位角误差估计值j=1,2,…,M,M取值为正整数;步骤五:将和分别传输给接收机和天线伺服,调整距离采样窗口和天线指向,实现对运动成像目标的实时连续跟踪。本专利技术的有益效果为:本专利技术采用排序法进行散射点提取,利用单个脉冲内的多个强散射点采用质心算法对距离差、方位角误差进行估计,可以降低角闪烁和遮挡效应对估值带来的影响。解决了现有强散射点跟踪法由于受角闪烁和遮挡效应对估值带来的的影响大,在实际应用中可行性受限的问题。本专利技术在利用单个脉冲进行距离差、方位角误差估计的同时,将多个脉冲的距离差、方位角误差估计值利用遗忘因子进行加权求和,算法简单、计算量小,满足较高的实时性要求,遗忘因子的引入可以适应不同的目标运动速度,且在脉冲丢失、出现干扰信号的情况下具有良好的鲁棒性。不需要像卡尔曼滤波方法求解复杂的矩阵算法复杂、计算量较大,鲁棒性差,无法满足较高的实时性要求的问题。如图6a为正常状态下距离跟踪结果,图6b为正常状态下方位跟踪结果;根据图6a得出在回波编号为1000(即序号,代表第1000个脉冲)时,本专利技术方法距离差为0.2米,传统方法距离差为6.6米;根据图6b得出在回波编号为600(即序号,代表第600个脉冲)时,本专利技术方法方位角误差为0.01度,传统方法方位角误差为0.08度;以上结果表明本专利技术方法获得的距离差和方位角误差相对于传统方法更加平滑;如图6c为脉冲丢失时距离跟踪结果,图6d为脉冲丢失时方位跟踪结果;根据图6c得出在回波编号为2000~4300(即序号,代表第2000~4300个脉冲)中会随机出现目标丢失的情况,此时传统方法的距离差估计值超出边界,距离差为0~-200米,而本专利技术的方法很稳定,不会超过边界,距离差为0米左右;根据图6d得出在回波编号为2200~4500(即序号,代表第2200~4500个脉冲)中会随机出现目标丢失的情况,此时传统方法的方位角超出边界,方位角误差为-2~1.6度,而本专利技术的方法很稳定,不会超过边界,方位角误差在0度左右;以上结果表明本专利技术方法获得的距离差和方位角误差相对于传统方法更加平滑;如图6e为强干扰下距离跟踪结果,图6f为强干扰下方位跟踪结果;根据图6e得出在回波编号为0~2000(即序号,代表第0~2000个脉冲)中会随机出现目标丢失的情况,此时传统方法的距离差估计值超出边界,距离差为0~200米左右,而本专利技术的方法很稳定,不会超过边界,距离差为0-20米左右;根据图6f得出在回波编号为0~2000(即序号,代表第0~2000个脉冲)中会随机出现目标丢失的情况,此时传统方法的方位角估计值超出边界,方位角误差在-2~2度左右;而本专利技术的方法很稳定,不会超过边界,方位角误差在-0.3度左右;以上结果表明本专利技术方法获得的距离差和方位角误差相对于传统方法更加平滑。附图说明图1为目标距离像散射点提取结果图;图2为利用和通道宽带回波信号进行距离差估计的框图,FFT为快速傅氏变换;图3为利用和差双通道宽带回波信号进行角误差估计的框图;图4为脉间处理示意图,为第M个脉冲偏离成像场景中央的距离差,为第M个脉冲偏离波束中心的方位角误差,为第M个脉冲目标平均幅度;图5为雷达系统工作框图,DDC(DigitalDownConverter)为数字下变频;图6a为在系统正常状态下的距离跟踪结果图;图6b为在系统正常状态下的方位跟踪结果图;图6c为在脉冲丢失时距离跟踪结果图;图6d为在脉冲丢失时方位跟踪结果图;图6e为在强干扰本文档来自技高网
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基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法

【技术保护点】
基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法,其特征在于:所述方法具体过程为:步骤一:散射点提取:将雷达回波正交基带复信号进行谱分析,获得运动成像目标高分辨一维距离像序列,对运动成像目标高分辨一维距离像序列取模得到运动成像目标散射点幅度,对运动成像目标散射点幅度求平方得到功率,对功率的序列进行处理获得L个疑似属于运动成像目标散射点的位置及对应幅度;L取值为正整数;所述高分辨为高距离分辨,高距离分辨力为亚米级;步骤二:距离跟踪:从步骤一获得的L个疑似属于运动成像目标的散射点中选取功率最强的前N个散射点,获得N个疑似属于运动成像目标的散射点的位置及幅度,采用质心加权方法进行单个脉冲偏离成像场景中央的距离差估计,得到第j个脉冲运动成像目标偏离成像场景中央的距离差ΔRj;N取值为正整数;所述成像场景为步骤一获得的运动成像目标高分辨一维距离像序列;成像场景中央为成像场景中间的位置;步骤三:利用步骤二获得的N个疑似属于运动成像目标的散射点的位置,结合和差双通道距离像复数据进行和差比幅单脉冲测角,采用质心加权方法进行单个脉冲偏离波束中心的方位角误差估计,得到第j个脉冲中运动成像目标偏离波束中心的方位角误差Δθj;步骤四:采用M个脉冲进行脉间处理,对ΔRj、Δθj进行基于幅度的质心加权,得到经过M个脉冲进行质心加权处理之后的运动成像目标偏离成像场景中央的距离差估计值...

【技术特征摘要】
1.基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法,其特征在于:所述方法具体过程为:步骤一:散射点提取:将雷达回波正交基带复信号进行谱分析,获得运动成像目标高分辨一维距离像序列,对运动成像目标高分辨一维距离像序列取模得到运动成像目标散射点幅度,对运动成像目标散射点幅度求平方得到功率,对功率的序列进行处理获得L个疑似属于运动成像目标散射点的位置及对应幅度;L取值为正整数;所述高分辨为高距离分辨,高距离分辨力为亚米级;步骤二:距离跟踪:从步骤一获得的L个疑似属于运动成像目标的散射点中选取功率最强的前N个散射点,获得N个疑似属于运动成像目标的散射点的位置及幅度,采用质心加权方法进行单个脉冲偏离成像场景中央的距离差估计,得到第j个脉冲运动成像目标偏离成像场景中央的距离差ΔRj;N取值为正整数;所述成像场景为步骤一获得的运动成像目标高分辨一维距离像序列;成像场景中央为成像场景中间的位置;步骤三:利用步骤二获得的N个疑似属于运动成像目标的散射点的位置,结合和差双通道距离像复数据进行和差比幅单脉冲测角,采用质心加权方法进行单个脉冲偏离波束中心的方位角误差估计,得到第j个脉冲中运动成像目标偏离波束中心的方位角误差Δθj;步骤四:采用M个脉冲进行脉间处理,对ΔRj、Δθj进行基于幅度的质心加权,得到经过M个脉冲进行质心加权处理之后的运动成像目标偏离成像场景中央的距离差估计值运动成像目标偏离波束中心的方位角误差估计值M取值为正整数;步骤五:将和分别传输给接收机和天线伺服,调整距离采样窗口和天线指向,实现对运动成像目标的实时连续跟踪。2.根据权利要求1所述基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法,其特征在于:所述步骤一中散射点提取:将雷达回波正交基带复信号进行谱分析,获得运动成像目标高分辨一维距离像序列,对运动成像目标高分辨一维距离像序列取模得到运动成像目标散射点幅度,对运动成像目标散射点幅度求平方得到功率,对功率的序列进行处理获得L个疑似属于运动成像目标散射点的位置及对应幅度;具体过程为:1)对运动成像目标高分辨一维距离像序列求功率之后进行升序排列,选取前K个最大值并求和作为初始值α0,同时删除这K个最大值获得新序列;2)从新序列中继续选取前K个最大值求和,并将该值与α0相加获得新的统计值α1,删除序列中这K个最大值再次获得新序列;3)判断α1-α0是否大于η·α0:如果大于,表明2)中选取的前K个最大值对应了运动成像目标的值,令α0=α1作为初始值,重复执行2);如果小于等于,认为运动成像目标的值已经提取完毕,此时记录所有被提取出来的值在步骤一中的运动成像目标高分辨一维距离像序列中的位置序号;其中η是门限因子;K取值为正整数。3.根据权利要求2所述基于宽带回波的逆合成孔径雷达成像目标连续跟踪方法,其特征在于:所述步骤二中距离跟踪:从步骤一获得的L个疑似属于运动成像目标的散射点中选取功率最强的前N个散射点,获得N个疑似属于运动成像目标的散射点的位置及幅度,采用质心加权方法进行单个脉冲偏离成像场景中央的距离差估计,得到第j个脉冲运动成像目标偏离成像场景中央的距离差ΔRj;具体过程为:从步骤一获得的L个疑似属于运动成像目标的散射点中选取功率最强的前N个散射点...

【专利技术属性】
技术研发人员:谢俊好周围袁业术李绍滨
申请(专利权)人:哈尔滨工业大学
类型:发明
国别省市:黑龙江,23

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