基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，公开了一种基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法，用于合成孔径雷达对地面加速运动目标成像，其步骤为：1）对目标距离方程进行二次拟合；2）将目标原始回波信号变到二维频域；3）根据拟合出的二次距离方程，在二维频域构造距离匹配滤波器，并进行距离压缩和距离徙动校正；4）将距离压缩和距离徙动校正后的信号变到距离多普勒域；5）在距离多普勒域构造方位匹配滤波器，并进行方位压缩；6）对方位压缩后的信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对目标的成像。本发明专利技术不需知道目标的速度参数、位置参数和加速度，就能对地面加速运动目标进行精确成像，而且计算效率高。

【技术实现步骤摘要】
基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法
本专利技术属于雷达
，具体地说是一种基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法，用于合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）对地面加速运动目标成像。
技术介绍
合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）是一个有源系统，它以微波谱段的电磁波作为探测载体来观测地表特征。SAR具有二维高分辨力、全天时全天候、强穿透性、丰富散射信息、多功能多用途等特点，因此SAR成像技术成为研究的热点方向，且在军用和民用中都已经得到了广泛的应用。星载SAR地面运动目标检测系统（SyntheticApertureRadar-GroundMovingTargetIndication，SAR-GMTI）是SAR技术的发展，它一方面能够对观测场景进行高分辨的成像，一方面又能检测出观测区域的地面运动目标，且能将检测出的地面运动目标清晰的标注在SAR图像中。SAR-GMTI系统的这个特点使其在战场监视和交通监控中得到广泛的应用。SAR地面运动目标成像技术（GroundMovingTargetImaging,GMTIm）能进一步提高SAR-GMTI系统的战场侦察和交通监控能力，且有助于系统对地面运动目标的识别，因而成为研究热点。考虑到实际中，地面运动目标并非是匀速运动的，即目标可能具有加速度，因此，本专利技术提出一种地面加速运动目标成像方法。现有SAR地面运动目标成像技术有很多，但这些方法大多针对匀速地面运动目标，针对加速度地面运动目标的相关技术鲜有报道。加拿大的J.Sharma第一次通过理论分析和实际试验很好的研究了目标的加速度对SAR-GMTI系统目标运动参数估计性能的影响，但是没能提出一个地面加速度运动目标成像技术。目前，Yang提出了一种地面加速运动目标成像方法，该方法利用了hough变换技术和部分傅里叶变换技术，但该方法需要对目标运动参数进行三维搜索，运算量很大，从而限制该方法的应用。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法，用于合成孔径雷达对地面加速运动目标成像，能实现对地面加速运动目标的高分辨成像，而且计算效率较高、适用范围非常广。本专利技术的技术思路是：1）对目标距离方程进行二次拟合；2）将目标原始回波信号变到二维频域；3）根据拟合出的二次距离方程，在二维频域构造距离匹配滤波器，并进行距离压缩和距离徙动校正；4）将距离压缩和距离徙动校正后的信号变到距离多普勒域；5）在距离多普勒域构造方位匹配滤波器，并进行方位压缩；6）对方位压缩后的信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对目标的成像。为了达到上述目的，本专利技术采用以下技术方案予以实现。一种基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对雷达的目标距离方程进行二次拟合，得到二次拟合后的距离方程：其中，雷达工作在正侧视模式下，雷达平台速度为va，ta为慢时间；ta=0时，目标方位向速度、方位向加速度、距离向速度、距离向加速度分别为vx、ax、vy和ay，且此时，雷达位于坐标原点，目标位于(0,y0)；R(ta)为ta时刻目标到雷达的瞬时距离，a0、a1和a2分别为常数项、一次项和二次项系数；目标的原始回波信号表示为：其中，tr为快时间，c为光速，wa(ta)、wr(tr)分别为目标原始回波信号的方位包络和距离包络，fc为雷达发射信号的载频，Kr为雷达发射的线性调频信号的调频率；步骤2，对地面加速度运动目标的原始回波信号依次进行距离向傅里叶变换和方位向傅里叶变换，得到二维频域目标回波信号。步骤3，根据拟合出的二次距离方程，在二维频域构造距离匹配滤波器，对二维频域目标回波信号进行距离向匹配滤波，实现距离压缩和距离徙动校正。步骤4，对距离匹配滤波后的二维频域目标回波信号进行距离向逆傅里叶变换，得到距离多普勒域目标回波信号。步骤5，在距离多普勒域构造方位匹配滤波器，对距离多普勒域目标回波信号进行方位向匹配滤波，实现方位压缩。步骤6，对方位匹配滤波后的距离多普勒域目标回波信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对地面运动目标的成像。本专利技术的技术方案的特点和进一步改进在于：（1）在步骤2中，目标原始回波信号为其中，tr为快时间，c为光速，wa(ta)、wr(tr)分别为目标原始回波信号的方位包络和距离包络，fc为雷达发射信号的载频，Kr为雷达发射的线性调频信号的调频率；经距离向傅里叶变换和方位向傅里叶变换后，得到二维频域目标回波信号为其中，Wr(fr)是目标信号距离频谱的包络，Wa(fa)是目标信号方位频谱的包络，fr为距离频率，fa是方位频率，fac为目标多普勒中心频率。（2）步骤3的具体子步骤为：3a）根据二次拟合后的距离方程和二维频域目标回波信号表达式目标距离调制和距离徙动的相位项为：二维频域距离匹配滤波器构造为：3b）二维频域目标回波信号S(fa,fr)与构造的距离匹配滤波器Hr(fa,fr)相乘，实现距离压缩和距离徙动校正：其中，Sr(fa,fr)为距离压缩和距离徙动校正后的二维频域目标回波信号，即距离匹配滤波后的二维频域目标回波信号。（3）步骤5的具体子步骤为：5a）根据距离多普勒域目标回波信号的表达式其中，pr(tr)为距离冲激响应函数.目标方位调制的相位项为：距离多普勒域的方位匹配滤波器可构造为：5b）将距离多普勒域目标回波信号与构造的方位匹配滤波器Ha(fa)相乘，实现方位压缩：其中，Sa(fa,tr)为方位匹配滤波后的距离多普勒域回波信号。本专利技术中，首先对目标距离方程进行二次拟合，然后根据拟合出的二次距离方程，构造距离向匹配滤波器和方位匹配滤波器，实现对目标的成像。与现有技术相比具有以下优点：a）本专利技术对目标进行成像时，仅需要知道拟合出的二次距离方程的二次项系数，需要的参数非常少，有利于提高计算效率和工程应用；b）本专利技术在二维频域实现距离徙动校正，不需要插值，计算效率非常高；c）本专利技术能实现对地面加速运动目标的精确成像。附图说明下面结合附图说明和具体实施方式对本专利技术做进一步详细说明。图1是本专利技术的基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法的实现流程示意图；图2斜距平面SAR-GMTI系统观测几何图；其中横坐标表示方位向，纵坐标表示距离向；图3是距离徙动校正前的目标轨迹图；其中横坐标表示距离单元，纵坐标表示多普勒单元；图4是用本专利技术方法的距离徙动校正后的目标轨迹图；其中横坐标表示距离单元，纵坐标表示多普勒单元；图5（a）是用本专利技术方法的方位压缩后的目标成像结果图；其中横坐标表示距离单元，纵坐标表示方位单元；图5（b）是放大后的等高线图；其中横坐标表示距离向，纵坐标表示方位向。具体实施方式参照图1，说明本专利技术的基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法，其实现步骤如下：步骤1，对雷达的目标距离方程进行二次拟合，得到二次拟合后的距离方程：其中，R(ta)为ta时刻目标到雷达的瞬时距离，ta为慢时间，a0、a1和a2分别为常数项、一次项和二次项系数。具体子步骤说明如下：1a）斜距平面SAR-GMTI系统观测几何如图2所示。雷达工作在正侧视模式下，雷达平台速度为va，ta为慢时间。ta=0时，目本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对雷达的目标距离方程进行二次拟合，得到二次拟合后的距离方程：R(ta)=a0+a1ta+a2ta2]]>其中，雷达工作在正侧视模式下，雷达平台速度为va，ta为慢时间；ta=0时，目标方位向速度、方位向加速度、距离向速度、距离向加速度分别为vx、ax、vy和ay，且此时，雷达位于坐标原点，目标位于(0,y0)；R(ta)为ta时刻目标到雷达的瞬时距离，ta为慢时间，a0、a1和a2分别为常数项、一次项和二次项系数；目标的原始回波信号表示为：s(ta,tr)=wa(ta)wr(tr-2R(ta)/c)exp{-j4πfcR(ta)c+jπKr(tr-2R(ta)c)2}]]>其中，tr为快时间，c为光速，wa(ta)、wr(tr)分别为目标原始回波信号的方位包络和距离包络，fc为雷达发射信号的载频，Kr为雷达发射的线性调频信号的调频率；步骤2，对地面加速度运动目标的原始回波信号依次进行距离向傅里叶变换和方位向傅里叶变换，得到二维频域目标回波信号。步骤3，根据拟合出的二次距离方程，在二维频域构造距离匹配滤波器，对二维频域目标回波信号进行距离向匹配滤波，实现距离压缩和距离徙动校正。步骤4，对二维频域距离匹配滤波后的目标回波信号进行距离向逆傅里叶变换，得到距离多普勒域目标回波信号。步骤5，在距离多普勒域构造方位匹配滤波器，对距离多普勒域目标回波信号进行方位向匹配滤波，实现方位压缩。步骤6，对方位匹配滤波后的距离多普勒域目标回波信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对地面运动目标的成像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于二次拟合距离方程的地面加速运动目标成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对雷达的目标距离方程进行二次拟合，得到二次拟合后的距离方程：其中，雷达工作在正侧视模式下，雷达平台速度为va，ta为慢时间；ta＝0时，目标方位向速度、方位向加速度、距离向速度、距离向加速度分别为vx、ax、vy和ay，且此时，雷达位于坐标原点，目标位于(0，y0)；R(ta)为ta时刻目标到雷达的瞬时距离，ta为慢时间，a0、a1和a2分别为常数项、一次项和二次项系数；目标的原始回波信号表示为：其中，tr为快时间，c为光速，wa(ta)、wr(tr)分别为目标原始回波信号的方位包络和距离包络，fc为雷达发射信号的载频，Kr为雷达发射的线性调频信号的调频率；步骤2，对地面加速度运动目标的原始回波信号依次进行距离向傅里叶变换和方位向傅里叶变换，得到二维频域目标回波信号；其中，在步骤2中，地面加速度运动目标的原始回波信号经距离向傅里叶变换和方位向傅里叶变换后，得到二维频域目标回波信号为其中，Wr(fr)是目标信号距离频谱的包络，Wa(fa)是目标信号方位频谱的包络，fr为距离频率，fa是方位频率，fac为目标多普勒中心频率；步骤3，根据拟合出的二次距离方程，在二维频域构造距离匹配滤波器，对二维频域目标回波信号进行距离向匹配滤波，实现距离压缩和距离徙动校正；步骤4，对二维频域距离匹配滤波后的目标回波信号进...

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，李永康，鲁缘政，任倩倩，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61