基于变标算法的星载SAR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，公开了一种基于变标算法的星载SAR地面加速运动目标成像方法，其方法步骤为：1）对目标瞬时距离方程进行等效；2）将目标原始回波信号变到距离多普勒域；3）根据等效后的距离方程，在距离多普勒域进行补余RCMC；4）将补余RCMC后的信号变到二维频域；5）在二维频域进行距离压缩和一致RCMC；6）将一致RCMC后的信号变到距离多普勒域；7）在距离多普勒域进行相位校正和方位压缩；8）对相位校正和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。本发明专利技术仅需知道等效速度ve，无需对目标参数进行高维搜索，计算效率高；利用变标实现距离徙动校正，不需要插值，便于工程实现，成像精确。

【技术实现步骤摘要】
基于变标算法的星载SAR地面加速运动目标成像方法
本专利技术属于雷达
，涉及一种基于变标算法的星载SAR地面加速运动目标成像方法，具体地说是一种基于变标算法（ChirpScalingAlgorithm,CSA）的地面加速运动目标成像方法，用于星载合成孔径雷达（SyntheticApertureRadar,SAR）对地面加速度运动目标成像。
技术介绍
星载SAR作为天基对地观测信息获取的重要手段，在地球观测、军事侦察、地质资源普查、灾情勘查、海洋观测和环境监测等方面具有重要的应用价值。自1978年世界上第一颗合成孔径雷达卫星（美国Seasat卫星）发射成功以来，星载SAR逐渐得到各国科研工作者的重视，并在近三十年内发展迅速。目前，星载SAR的研究和应用已成为一个国家综合国力和科技水平的标志之一。与机载雷达系统相比，星载SAR系统具有运行高度高、覆盖面积广、安全性高等特点；与卫星光学成像系统相比，星载合成孔径雷达观测可以全天候、全天时地探测隐蔽目标，提供丰富的地表电磁散射特性信息。这些优点使得星载雷达被广泛应用于国民经济和国防领域。地面运动目标成像是星载合成孔径雷达的一个重要应用领域，它在战场侦察和交通监控中有重要作用，受到了广泛的关注。SAR成像需要对目标进行精确的距离徙动校正和相位弯曲补偿。地面运动目标由于存在速度，其距离单元徙动和相位弯曲与静止目标不同。因此，如果直接将针对静止目标的成像方法用于对运动目标进行成像，由于距离徙动校正和相位弯曲补偿不准确，目标会出现散焦现象。为解决这个问题，各国学者提出了很多方法。但这些方法大都存在如下两个问题：1）需要知道目标位置参数和运动参数，或者需要对目标参数进行高维搜索，或者需要插值，计算量非常大，适用范围有限；2）提出的方法主要针对匀速运动的目标，而对于地面加速运动目标，没能提出一个精确的成像方法。
技术实现思路
本专利技术的主要目的在于提出一种基于变标算法的星载SAR地面加速运动目标成像方法，该方法无需对目标参数进行高维搜索，其成像过程中也无需插值，计算效率高，适用范围广。本专利技术的基本思路是：1）对目标瞬时距离方程进行二次等效；2）将目标原始回波信号变到距离多普勒域；3）根据等效后的距离方程，在距离多普勒域进行补余RCMC；4）将补余RCMC后的信号变到二维频域；5）在二维频域进行距离压缩和一致RCMC；6）将一致RCMC后的信号变到距离多普勒域；7）在距离多普勒域进行相位校正和方位压缩；8）对相位校正和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。一种基于变标算法的星载SAR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，对目标的瞬时距离方程进行二次等效，得到二次等效后的目标距离方程：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，xe、ye为等效后目标的位置参数，ve为等效后雷达平台的速度。目标的原始回波信号为：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进行方位向傅里叶变换，将目标的原始回波信号变换到距离多普勒域，得到距离多普勒域目标信号；步骤3，根据二次等效后的目标距离方程，构造变标方程，对距离多普勒域目标信号进行补余距离徙动校正；步骤4，对补余距离徙动校正后的目标信号进行距离向傅里叶变换，得到二维频域目标信号；步骤5，在二维频域构造用于距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数，将二维频域目标信号与构造的用于距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数相乘，实现距离压缩和一致距离徙动校正；步骤6，对距离压缩和一致距离徙动校正后的目标信号进行距离向逆傅里叶变换，将距离压缩和一致距离徙动校正后的目标信号变换到距离多普勒域，得到距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号；步骤7，在距离多普勒域，构造用于方位压缩和相位校正的参考函数，将距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号与用于距离多普勒域方位压缩和相位校正的参考函数相乘，实现对距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号的方位压缩和相位校正，得到方位压缩和相位校正后的目标信号；步骤8，对方位压缩和相位校正后的目标信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对地面加速运动目标的成像。上述技术方案的特点和进一步改进在于：（1）步骤2的具体子步骤为：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；经方位向傅里叶变换后，距离多普勒域目标信号表示为：其中，Wa(fa)是目标信号方位频谱的包络，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）根据二次等效后的目标距离方程和距离多普勒域回波目标信号的表达式目标的补余距离徙动表示为：其中Rref为场景中心距离；距离多普勒域变标方程可构造为：3b）将变换得到的距离多普勒域目标信号与构造的变标方程相乘，实现补余距离徙动校正：...

【技术保护点】
一种基于变标算法的星载SAR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，对目标的瞬时距离方程进行二次等效，得到二次等效后的目标距离方程：R(ta)=(veta-xe)2+ye2]]>ve=(va-vx)2+ayy0+vy2]]>xe=y0vy(va-vx)2+ayy0+vy2]]>ye=(va-vx)2+ayy0(va-vx)2+ayy0+vy2]]>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，xe、ye为等效后目标的位置参数，ve为等效后雷达平台的速度；目标的原始回波信号为：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进行方位向傅里叶变换，将目标的原始回波信号变换到距离多普勒域，得到距离多普勒域目标信号；步骤3，根据二次等效后的目标距离方程，构造变标方程，对距离多普勒域目标信号进行补余距离徙动校正；步骤4，对补余距离徙动校正后的目标信号进行距离向傅里叶变换，得到二维频域目标信号；步骤5，在二维频域构造用于距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数，将二维频域目标信号与构造的用于距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数相乘，实现距离压缩和一致距离徙动校正；步骤6，对距离压缩和一致距离徙动校正后的目标信号进行距离向逆傅里叶变换，将距离压缩和一致距离徙动校正后的目标信号变换到距离多普勒域，得到距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号；步骤7，在距离多普勒域，构造用于方位压缩和相位校正的参考函数，将距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号与用于距离多普勒域方位压缩和相位校正的参考函数相乘，实现对距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号的方位压缩和相位校正，得到方位压缩和相位校正后的目标信号；步骤8，对方位压缩和相位校正后的目标信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对地面加速运动目标的成像。...

【技术特征摘要】
1.一种基于变标算法的星载SAR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，对目标的瞬时距离方程进行二次等效，得到二次等效后的目标距离方程：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，xe、ye为等效后目标的位置参数，ve为等效后雷达平台的速度；目标的原始回波信号为：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，对地面加速运动目标的原始回波信号进行方位向傅里叶变换，将目标的原始回波信号变换到距离多普勒域，得到距离多普勒域目标信号；步骤3，根据二次等效后的目标距离方程，构造变标方程如下：根据二次等效后的目标距离方程和距离多普勒域目标信号的表达式目标的补余距离徙动表示为：距离多普勒域变标方程构造为：其中，Wa(fa)是目标信号方位频谱的包络，fa是方位频率，fac为目标多普勒中心频率，Rref为场景中心距离；然后对距离多普勒域目标信号进行补余距离徙动校正；步骤4，对补余距离徙动校正后的目标信号进行距离向傅里叶变换，得到二维频域目标信号；步骤5，在二维频域构造用于距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数如下：根据二维频域目标信号表达式其中，Wr(fr)为目标信号距离频谱的包络，fr是距离频率；目标距离调制和一致距离徙动的相位项为：二维频域实现距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数构造为：然后将二维频域目标信号与构造的用于距离压缩和一致距离徙动校正的参考函数相乘，实现距离压缩和一致距离徙动校正；步骤6，对距离压缩和一致距离徙动校正后的目标信号进行距离向逆傅里叶变换，将距离压缩和一致距离徙动校正后的目标信号变换到距离多普勒域，得到距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号；步骤7，在距离多普勒域，构造用于方位压缩和相位校正的参考函数如下：根据距离压缩和一致距离徙动校正后的距离多普勒域目标信号的表达式

【专利技术属性】
技术研发人员：王彤，李永康，任倩倩，张颖，马南，
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