一种低PRF条件下地面运动目标参数估计方法技术

本发明专利技术提供了一种低脉冲重复频率（PRF）条件下地面运动目标参数估计方法。技术特征在于：首先对距离向脉冲压缩之后的数据进行双通道的相位中心偏置天线（DPCA）对消处理，其次利用Hough变换估计目标跨航向维的运动参数并校正距离单元走动，然后将运动目标的沿航迹维速度作为参数构造稀疏表征基，建立参数化稀疏表征模型，通过对模型的迭代求解获得目标的沿航迹维速度和位置信息，进而实现低PRF条件下地面运动目标参数估计。该方法在降低雷达系统脉冲重复频率的基础上，获得了运动目标准确的速度和位置信息，从而为地面运动目标的准确识别提供重要的信息。

A method for estimating ground moving target parameters under low PRF condition

The invention provides a method for estimating ground moving target parameters under low pulse repetition frequency (PRF) conditions. The technical features are as follows: firstly, the data after range pulse compression are cancelled by dual-channel DPCA, secondly, Hough transform is used to estimate the target's cross-course dimension motion parameters and correct the range unit's walk. Then, the sparse representation is constructed by taking the velocity along the track of the moving target as a parameter. Based on this, a parameterized sparse representation model is established, and the velocity and position information along the track are obtained by iteration of the model, and then the parameters of ground moving targets under low PRF conditions are estimated. On the basis of reducing the pulse repetition frequency of radar system, this method obtains the accurate velocity and position information of moving target, thus providing important information for accurate recognition of ground moving target.

【技术实现步骤摘要】
一种低PRF条件下地面运动目标参数估计方法
本专利技术涉及遥感和雷达成像
，尤其涉及一种地面目标运动参数估计方法。
技术介绍
合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）可实现全天候、全天时、高增益的地面静止目标成像。然而在很多军事应用情况下，观测场景中不仅存在静止目标，也存在一些运动目标。传统的SAR不具备对运动目标的检测与成像能力，运动目标只能以散焦的形式叠加在静止目标图像上。利用SAR系统获取运动目标检测与成像的结果已成为当前军事和民用领域研究热点。然而随着分辨率的不断提高，SAR系统的数据量和脉冲重复频率(pulserepetitionfrequency,PRF)不断增大。庞大的数据量对系统的存储能力提出了很高的要求，同时对数据信道的传输能力也是一个很大的挑战。并且较高的PRF会导致SAR系统的成像测绘带宽变小，进而降低了SAR系统的预警探测范围和信息获取能力。因此为了降低回波数据量和实现宽测绘带成像，SAR成像系统通常采用较低的PRF采集回波数据。由SAR成像原理可知，较低的PRF容易导致方位Doppler模糊。对于地面静止场景成像而言，已有研究学者利用零点控制、空域滤波以及多通道信号恢复方法完成解模糊处理。但是对于场景中运动目标的参数估计而言，传统的多普勒域参数估计方法、分数阶傅里叶变换等非平稳信号处理方法将无法有效应用。因此在低PRF条件下如何进行运动目标参数的准确估计对于SAR动目标成像与检测技术的发展具有重要意义。
技术实现思路
（一）要解决的技术问题为解决上述的问题，本专利技术基于参数化稀疏表征技术，提供了一种适合低PRF条件下运动目标参数估计方法。（二）技术方案本专利技术的方法包括：步骤A：对于天线B和C的回波数据进行基于匹配滤波的距离脉冲压缩处理，得到信号和；步骤B：利用DPCA方法对信号和进行杂波抑制处理，得到信号；步骤C：利用Hough变换在距离多普勒平面内，检测距离走动并估计目标的跨航向速度和位置信息，并利用估计结果校正距离单元走动，校正处理之后的结果为信号；步骤D：构造冗余的chirplet基，并建立参数化稀疏表征模型，通过对模型的优化求解获得目标的沿航迹维速度和位置信息，并得到最终的动目标参数估计结果。（三）有益效果从上述技术方案可以看出，本专利技术地面运动目标参数估计方法中，针对SAR系统动目标检测的数据量过大和PRF过高问题，提出了基于参数化稀疏表征的地面目标参数估计方法，首先对距离向脉冲压缩之后的数据进行双通道的DPCA对消处理，其次利用Hough变换估计目标跨航向维的运动参数并校正距离单元走动，然后将运动目标的沿航迹维速度作为参数构造稀疏表征基，建立参数化稀疏表征模型，通过对模型的迭代求解获得目标的沿航迹维速度和位置信息，进而实现低PRF条件下的地面运动目标参数估计。附图说明图1为本专利技术实施例所采用的单发双收雷达天线及其与运动目标的几何关系图；图2为低PRF条件下地面运动目标参数估计方法的流程图；图3为通道C所接收的回波信号在距离慢时间域的幅度图；图4为DPCA对消后回波信号幅度；图5为Hough变换处理结果图；图6为距离走动校正之后结果；图7为运动目标P1的速度迭代搜索结果；图8为运动目标P1的成像结果；图9为运动目标P2的速度迭代搜索结果；图10为运动目标P2的成像结果。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。需要说明的是，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的图号。附图中未绘示或描述的实现方式，为所属
中普通技术人员所知的形式。本专利技术提供了一种低PRF条件下地面运动目标参数估计方法，在大幅降低SAR系统PRF条件下获得准确的运动目标参数估计结果，为地面运动目标的准确识别提供了信息。为了方便理解，首先对观测模型进行详细说明。单发双收配置方式，即由三个天线组成，其中天线A发射信号，天线B和C同时接收回波信号。三天线A、B、C和运动目标的几何位置关系图如图1所示，SAR雷达系统工作在正侧视模式，为起始点，雷达载机沿X轴方向飞行，速度为。表示场景中的第个运动目标，其坐标为，垂直于航向和平行于航向的速度分别为和，为雷达平台离观测场景中心点的距离，为天线A与的距离，为天线B与的距离，为天线C与的距离，为天线A和B之间的距离。为表述清楚，全文距离向与跨航向维一致，方位向与沿航迹维相一致。在本专利技术的一个示例性实施例中，提供了一种低PRF条件下地面运动目标参数估计方法。如图2所示，本实施例方法包括：步骤A：对于天线B和C的回波数据进行基于匹配滤波的距离脉冲压缩处理，得到信号和；其中，该步骤又可以分为以下子步骤：子步骤A1：获得成像区域内地面目标的基带回波信号和；；雷达发射信号为线性调频信号，其表达式为(1)其中，当时，，为调频率，为发射脉冲宽度，为脉冲重复频率，为载频，为全时间，为快时间，为慢时间。假设场景中的目标散射点数为，其中运动目标的数目为。发射信号经成像区域内目标的反射，天线B和天线C接收到的基带回波信号和的表达式分别为(2)(3)其中，目标的反射系数是，坐标为。为发射信号波长。、和分别为时刻天线A、B以及C与目标的距离，可表示为(4)(5)(6)其中，，，。子步骤A2：对基带回波信号和分别进行距离向脉冲压缩，得到距离向脉冲压缩后的回波信号和；回波信号进行基于匹配滤波的距离脉冲压缩处理，得到：(7)其中，为发射信号带宽。同理，对天线B接收到的回波信号进行基于匹配滤波的距离脉冲压缩处理，可得：(8)步骤B：利用DPCA方法对信号和进行杂波抑制处理，得到信号；我们知道：为了使得和能够利用DPCA方法进行地杂波对消处理，它们之间距离应满足条件，其中为整数，。对和进行对消处理，处理之后的运动目标数据相位信息保持不变。因此DPCA处理之后的信号，可表示为：(9)至此完成了地面杂波的对消处理，得到的信号中只有运动目标的信息。从公式(9)、公式(4)以及公式(6)可见，运动目标的距离走动包括了线性分量和二次分量，为了讨论问题的方便，暂不考虑二次分量对回波信号的影响。因此公式(9)可进一步写为(10)从公式(10)可见，在距离慢时间域表示为直线，其斜率与运动目标的垂直航向速度有关，截距与目标的距离向位置有关。因此如果能够根据信号的包络项估计出斜率和截距，进一步计算即可得到运动目标的垂直航向速度和距离位置。当雷达系统采用低于Nyquist采样定理所需的PRF采样率进行采集时，主要影响的沿航迹维处理，跨航向的处理不受其影响。下面利用Hough变换估计信号的包络项斜率和截距。步骤C：利用Hough变换在距离多普勒平面内，检测距离走动并估计目标的跨航向速度和位置信息，并利用估计结果校正距离单元走动，校正处理之后的结果为信号；对于信号其在距离多普勒平面内的斜率可以通过检测平面的峰值得到。从而目标的跨航向速度和距离维位置可以被计算得到。进一步能够完成距离徙动校正处理，得到的结果为(11)式(11)的相位项可简化为关于慢时间的chirp信号形式，即(12)其中，(13)进一步，存在运动目标的第个距离单元的信号可简化(14)从公式(14)可以看出，经过DPCA处理的地面运动目标回波本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种低脉冲重复频率条件下的运动目标参数估计方法，其特征在于，包括：步骤A：对于天线B和C的回波数据进行基于匹配滤波的距离脉冲压缩处理，得到信号

【技术特征摘要】
1.一种低脉冲重复频率条件下的运动目标参数估计方法，其特征在于，包括：步骤A：对于天线B和C的回波数据进行基于匹配滤波的距离脉冲压缩处理，得到信号和；步骤B：利用DPCA方法对信号和进行杂波抑制处理，得到信号；步骤C：利用Hough变换在距离多普勒平面内，检测距离走动并估计目标的跨航向速度和位置信息，并利用估计结果校正距离单元走动，校正处理之后的结果为信号；步骤D：构造冗余的chirplet基，并建立参数化稀疏表征模型，通过对模型的优化求解获得目标的沿航迹维速度和位置信息，并得到最终的动目标参数估计结果。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤A包括：子步骤A1：获得探测区域内地面目标的基带回波信号和；子步骤A2：对基带回波信号和分别进行距离向脉冲压缩，得到距离向脉冲压缩后的回波信号和。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤B中对距离向脉冲压缩后的回波信号和进行双通道对消处理，获取双通道对消处理后的信号，其表达式为：其中，为快时间，为慢时间，N为观测场景中运动目标数目，是运动目标的反射系数，为发射信号波长；为发射信号带宽，为初始时刻天线C与的距离，为动目标跨航向维的速度，为光速，；分别为时刻天线C与目标的距离；。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：子步骤C1：利用Hough变换检测信号在距离多普勒平面内的斜率和截距，并计算目标跨航向维的速度和距离位置；子步骤C2：基于上述跨航向维的速度...

【专利技术属性】
技术研发人员：顾福飞，傅敏辉，凌晓冬，陈志敏，刘勇，赵江，张印，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三六八六部队，
类型：发明
国别省市：江苏,32