一种斜视SAR地面动目标提取方法技术

本发明专利技术公开了一种斜视SAR地面动目标提取方法，包括以下步骤：S1、计算静止目标和动目标回波信号；S2、进行距离向傅里叶变换；S3、在距离频域、方位时域进行一致距离走动校正；S4、进行距离向残余相位补偿；S5、变参数扩展方位向非线性CS；S6、将经过扩展方位向非线性CS后的回波信号分别乘以对应的方位向去因子，并变换到方位向频域；S7、将两个回波的幅度相减，去除静止目标回波，实现静止目标杂波抑制；S8、幅度检测和动目标提取。本发明专利技术解决了单通道斜视模式下地面动目标提取中距离方位耦合严重和动目标运动参数未知的问题，不需要运动参数估计，效率更高，可广泛应用于杂波抑制、动目标提取等领域。

【技术实现步骤摘要】
一种斜视SAR地面动目标提取方法
本专利技术属于雷达
，它特别涉及合成孔径雷达(SAR)成像技术中的斜视SAR地面动目标提取方法。
技术介绍
斜视合成孔径雷达(SAR)可以根据实际应用需求改变波束指向，具有很高的灵活性和机动性，可应用于指定地区的持续观测与侦查，并实现热点地区的重复观测。此外，工作在斜视模式下的雷达平台与目标场景距离更远，增加了平台的隐蔽性和安全性。使用斜视SAR进行地面动目标提取，可以提前发现动目标并得到其位置信息以及运动参数信息。因此，研究斜视SAR地面动目标提取具有重要的实际意义。然而，斜视SAR地面动目标提取中存在两个难题。首先，动目标位置和运动参数是未知的，这为运动目标回波的距离单元徙动矫正(RCMC)和方位向压缩带来了困难。使用静止场景的RCMC和方位向压缩参数对动目标进行处理会导致动目标在距离向和方位向散焦。另外，由于雷达工作在斜视模式，导致动目标回波的距离向和方位向耦合更加严重，并带来回波的距离单元徙动和多普勒参数的二维空变性。传统的动目标提取方法需要对目标的运动参数进行估计，以进行距离单元徙动矫正。然而，这种方法需要进行二维参数搜索，运算量大。另外，当动目标回波的信噪比较低或回波中存在强的静止目标散射点时，估计结果的误差很大，造成检测结果不准确。在文献“AgeneralizationofDPCAprocessingformultichannelSAR/GMTIradars”(《IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing》vol.51,no.1,pp.560-572,2013)中，提出通过多通道DPCA的方法检测动目标。但是，这种方法需要多个接收通道，增加了系统成本和信号处理复杂度。在文献“GroundmovingtargetsindicationinSARimagesbysymmetricdefocusing”(《IEEEGeoscienceandRemoteSensingLetters》vol.10,no.2,pp.241–245,2013.)中提出了一种动目标检测方法。该方法首先使用两个不同的滤波器使图像散焦，通过比较图像的散焦程度来检测动目标。但是，通常情况下，无法确定对原始图像散焦处理到何种程度；而且，弱目标会被强散射目标的回波所覆盖。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服单通道斜视模式下地面动目标提取中距离方位耦合严重和动目标运动参数未知的问题，提供了一种不需要运动参数估计，效率更高，可广泛应用于杂波抑制、动目标提取等领域的斜视SAR地面动目标提取方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种斜视SAR地面动目标提取方法，包括以下步骤：S1、计算成像区域的静止目标和动目标的距离历史，产生静止目标和动目标回波信号；S2、将步骤S1得到的回波信号进行距离向傅里叶变换，将回波信号变换到距离频域、方位时域；S3、在距离频域、方位时域进行一致距离走动校正，去除静止目标空变的一次距离徙动和动目标的一阶距离徙动；S4、进行距离向残余相位补偿，得到距离徙动校正和距离向压缩后的回波矩阵；S5、变参数扩展方位向非线性CS，将静止目标的多普勒质心和调频斜率分别进行均衡；S6、变参数去斜处理：将经过扩展方位向非线性CS后的回波信号分别乘以对应的方位向去因子，并变换到方位向频域；S7、进行静止场景杂波抑制：将两个回波的幅度相减，去除静止目标回波，实现静止目标杂波抑制；S8、幅度检测和动目标提取：采用恒虚警处理，进行幅度检测，实现动目标提取。进一步地，所述的步骤S1具体实现方法为：设M为一地面动目标，其距离向速度为Vr，沿航迹方向上速度为Vc；P为斜视SAR平台，V为平台飞行速度，θ为平台斜视角，波束中心穿越时刻的瞬时斜距记为R0，方位向时间为t时刻时的瞬时斜距记为R(t)，距离向时间变量记为τ，方位向时间变量记为t；则动目标的距离历史RM(t)表示为：将上述距离历史对方位向时间t在t＝0处展开到二阶得到：在上述动目标距离历史RM(t)中令Vr＝0、Vc＝0，得到静止目标点的距离历史RS(t)表达式为：设发射信号为线性调频信号，则经过解调后的动目标回波信号SM(t,τ)表示为：经过解调后的静止目标回波信号SS(t,τ)表示为：其中，A为回波复幅度，ωr[·]和ωa[·]分别代表距离时间窗和方位时间窗，Kr是发射信号的时间调频斜率，Ta为合成孔径时间，c为光速，fc为载波频率。进一步地，所述的步骤S3的具体实现方法为：将方位向时间变量t进行变标，变标后的方位向时间变量记为tm，其变标算法为：其中，fτ为距离向频率变量，tm为变换后的方位向时间变量；采用上述变标算法去除静止目标空变的一次距离徙动和动目标的一阶距离徙动，得到变换后的回波矩阵S(tm,fτ)。进一步地，所述的步骤S4的具体实现方法为：将回波矩阵S(tm,fτ)乘以距离向残余相位补偿因子ψRcom(tm,fτ)，得到距离徙动校正和距离向压缩后的回波矩阵：进一步地，所述的步骤S5包括以下子步骤：S51、将同一距离单元的静止场景目标点的多普勒质心和多普勒调频斜率随方位向的空变分别建模为一次函数和二次函数：fDc＝fDcref+atm其中，fDcref为静止场景参考点的多普勒质心，fDrref为静止场景参考点的多普勒调频斜率，a、b和d分别为拟合系数；S52、根据上述拟合系数，构造四次滤波和方位向非线性CS函数：四次滤波函数为：方位向非线性CS函数为：其中，G3，G4，e2，e3，e4分别为四次滤波和非线性CS系数：其中P＝-[d(e2+fDrref)2-b2(e2+fDrref)]-3fD3b(a+e2)+3G3e2bfDrref(3fDrrefe2-2ae2+fDrrefa)-3e3b(e2-2fDrref+3a)其中，fD3为多普勒参数三阶项，α为可变参数；S53、在式(1)中，令参数α分别等于α1和α2，得到两组系数，并分别构造两组四次滤波和非线性CS函数，第一组系数表示为：其中为第一组四次滤波和非线性CS系数，将α＝α1带入(1)即可得出；第二组系数表示为：其中为第二组四次滤波和非线性CS系数，将α＝α2带入(1)即可得出；S54、将回波信号S2(tm,fτ)通过距离向IFFT和方位向FFT变换到距离时域方位频域，得到S2(fa,τ)；S55、将回波信号S2(fa,τ)分别与和相乘，然后经过方位向IFFT变换到二维时域，得到和S56、将和分别与和相乘，得到变参数扩展方位向非线性CS后的二维时域回波信号和进一步地，所述的步骤S6具体实现方法为：将回波信号和分别乘以对应的方位向去斜因子，并变换到方位向频域，得到方位向聚焦的频域回波信号和其中，FFTazi{·}为方位向傅里叶变换，和分别为去斜因子：进一步地，所述的步骤S7具体实现方法为：进一步地，所述的步骤S8具体实现方法为：采用恒虚警处理，取一个自适应门限值δ，保持输出的虚警率不超过恒定值，进行幅度检测可以实现动目标提取，对于距离门τ0，若满足：|S5(fa,τ0)|≥δ则该距离门存在动目标，则对该动目标进行幅度检测，得到动目标提取结果。本专利技术的有益效果是：去除了静止目标空变的一阶距离徙动和未知运动参数的动目标一阶距离本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种斜视SAR地面动目标提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算成像区域的静止目标和动目标的距离历史，产生静止目标和动目标回波信号；S2、将步骤S1得到的回波信号进行距离向傅里叶变换，将回波信号变换到距离频域、方位时域；S3、在距离频域、方位时域进行一致距离走动校正，去除静止目标空变的一次距离徙动和动目标的一阶距离徙动；S4、进行距离向残余相位补偿，得到距离徙动校正和距离向压缩后的回波矩阵；S5、变参数扩展方位向非线性CS，将静止目标的多普勒质心和调频斜率分别进行均衡；S6、变参数去斜处理：将经过扩展方位向非线性CS后的回波信号分别乘以对应的方位向去因子，并变换到方位向频域；S7、进行静止场景杂波抑制：将两个回波的幅度相减，去除静止目标回波，实现静止目标杂波抑制；S8、幅度检测和动目标提取：采用恒虚警处理，进行幅度检测，实现动目标提取。

【技术特征摘要】
1.一种斜视SAR地面动目标提取方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、计算成像区域的静止目标和动目标的距离历史，产生静止目标和动目标回波信号；具体实现方法为：设M为一地面动目标，其距离向速度为Vr，沿航迹方向上速度为Vc；P为斜视SAR平台，V为平台飞行速度，θ为平台斜视角，波束中心穿越时刻的瞬时斜距记为R0，方位向时间为t时刻时的瞬时斜距记为R(t)，距离向时间变量记为τ，方位向时间变量记为t；则动目标的距离历史RM(t)表示为：将上述距离历史对方位向时间t在t＝0处展开到二阶得到：在上述动目标距离历史RM(t)中令Vr＝0、Vc＝0，得到静止目标点的距离历史RS(t)表达式为：设发射信号为线性调频信号，则经过解调后的动目标回波信号SM(t,τ)表示为：经过解调后的静止目标回波信号SS(t,τ)表示为：其中，A为回波复幅度，ωr[·]和ωa[·]分别代表距离时间窗和方位时间窗，Kr是发射信号的时间调频斜率，Ta为合成孔径时间，c为光速，fc为载波频率；S2、将步骤S1得到的回波信号进行距离向傅里叶变换，将回波信号变换到距离频域、方位时域；S3、在距离频域、方位时域进行一致距离走动校正，去除静止目标空变的一次距离徙动和动目标的一阶距离徙动；具体实现方法为：将方位向时间变量t进行变标，变标后的方位向时间变量记为tm，其变标算法为：其中，fτ为距离向频率变量，tm为变换后的方位向时间变量；采用上述变标算法去除静止目标空变的一次距离徙动和动目标的一阶距离徙动，得到变换后的回波矩阵S(tm,fτ)；S4、进行距离向残余相位补偿，得到距离徙动校正和距离向压缩后的回波矩阵；具体实现方法为：将回波矩阵S(tm，fτ)乘以距离向残余相位补偿因子ψRcom(tm,fτ)，得到距离徙动校正和距离向压缩后的回波矩阵：S5、变参数扩展方位向非线性CS，将静止目标的多普勒质心和调频斜率分别进行均衡；包括以下子步骤：S51、将同一距离单元的静止场景目标点的多普勒质心和多普勒调频斜率随方位向的空变分别建模为一次函数和二次函数：fDc＝fDcref+atm其中，fDcref为静止场景参考点的多普勒质心，fDrref为静止场景参考点的多普勒调频斜率，a、b和d分别为拟合系数；S52、根据上述拟合系数，构造四次滤波和方位向非线性CS函数：四次滤波函数为：方位向非线性CS函数为：其中，G3，G4，e2，e3，e4分别为四次滤波和非线性CS系数：

【专利技术属性】
技术研发人员：孙稚超，武俊杰，杨建宇，黄钰林，杨海光，李中余，杨晓波，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51