针对任意地面运动目标的SAR成像方法技术

本发明专利技术公开了一种针对任意运动目标的SAR成像方法，主要解决现有技术的距离徙动导致运动目标散焦问题，其中包括：1)构建正侧视雷达回波信号模型；2)对目标回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域；3)从脉冲压缩信号的距离频率域表达式中构造参考函数；4)对参考函数取复共轭后与慢速目标脉冲压缩信号的距离频域表达式进行相乘，再将其结果在方位向进行傅立叶变换，得到距离和方位二维频率域；5)对二维频率域进行距离向逆傅立叶变换，得到目标信号幅度谱。本发明专利技术与传统的方法相比，无需对目标进行参数估计，仅利用快速傅立叶变换就实现良好的成像效果而无需插值操作，可用于任意未知运动目标的跟踪识别。

SAR imaging method for arbitrary ground moving targets

The invention discloses a SAR imaging method for arbitrary moving targets, mainly solves the range migration of moving targets cause defocusing problems, including: 1) constructing sidelooking radar echo signal model; 2) the distance to the target echo signal after pulse compression, the distance transform to the frequency domain; 3) to construct the reference function from the pulse compression signal from the frequency domain expression; 4) take the complex conjugate and slow target pulse distance compression signal multiplied by the frequency domain expression of reference function, and then the results to the Fu Liye transform in azimuth, distance and direction in the two-dimensional frequency domain; 5) distance to the inverse Fu Liye to transform the two-dimensional frequency domain, target signal amplitude spectrum. Compared with the traditional method of the invention, no need to estimate the target parameters, only by fast Fu Liye transform to achieve good imaging effect without interpolation operation, tracking and recognition can be used for any unknown target.

【技术实现步骤摘要】
针对任意地面运动目标的SAR成像方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种运动目标的SAR成像方法，主要适用于实际工程应用中任意未知运动目标的跟踪识别。
技术介绍
近年来，合成孔径雷达地面运动目标检测SAR-GMTI，在运动目标成像和运动目标跟踪探测等领域引起了广泛的关注。运动目标检测、参数估计和成像是GMTI的三大关键步骤。在实际应用中，慢速或者快速运动目标被淹没在强杂波中，有效的方法是采用相位中心偏置DPCA或者采用空时自适应处理STAP方法提取来自静态背景中的目标回波信号。对于SAR-GMTI系统，在运动目标进行长时间的相干积累时，目标的运动会导致回波包络在距离向上跨越多个距离单元，即距离走动和距离弯曲。目标的径向速度会引起目标回波包络出现距离走动，方位向速度和距离向加速度则引起距离弯曲。目标的距离徙动量，尤其是快速运动目标和静止场景存在很大的差异。因此，采用传统的SAR静止场景成像算法对运动目标进行成像时，必然导致运动目标出现散焦现象。为了对运动目标进行精确成像，现有的一些方法是先对目标进行参数估计，用估计得的参数来补偿由于目标运动引起的距离走动和距离弯曲。但在实际情况中，由于慢速目标或者快速目标与强地杂波之间的对比度较低，目标的运动参数往往很难得到精确估计，从而导致距离徙动也难以得到很好校正。在多普勒锐化DBS图中采用多普勒后处理的降维STAP方法进行GMTI处理时在一定程度上可以减轻距离徙动的影响。但是，有效的相干处理脉冲串由于受到非聚焦SAR处理的条件限制，并不能在实际应用中得到很好的应用。对于天基雷达系统SBR，卫星和地面运动目标的长远距离会导致目标的信噪比相对较低。为了能更好的检测地面运动目标，需要在整个合成孔径时间内累积有效目标信息。部分学者分析了长相干积累时间的SAR运动目标成像理论，并提出了一种基于Keystone变换的SAR目标成像算法，该方法可以有效去除由目标径向速度引起的距离走动。但是，由距离向加速度和方位向速度引起的距离弯曲却无法通过Keystone变换进行校正。众所周知，高分辨率目标图像需要对目标和平台之间的相对运动进行精确估计和补偿。传统SAR成像算法中参数估计准确度直接影响目标成像。此外，模糊成像也会导致目标运动参数估计的不准确，尤其是对于快速运动目标其估计的运动参数准确度更低。另外，在方位方向上的数字采样，也会导致参数估计出现模糊问题。综上，在目标信号参数未知情况下，采用现有的SAR成像算法对任意未知运动目标进行成像时，必然导致目标出现散焦现象。
技术实现思路
本专利技术的目的是在于克服上述现有技术的不足，提出一种针对任意地面运动目标的SAR成像方法，以减小目标出现散焦现象，实现在目标运动参数未知的情况下的精确成像。本专利技术的技术思路是：通过构建正侧视雷达回波信号模型，在距离频率域构造参考函数；通过对方位时间域的变换，有效地在二维频率域进行解耦合，完成精确成像，其实现步骤包括如下：(1)构建正侧视雷达回波信号模型，获取运动目标回波信号；(2)对多普勒频率小于PRF/2的慢速运动目标进行成像，其中PRF为雷达脉冲重复率：2a)对获取的慢速目标回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域，得到脉冲压缩后信号的距离频域表达式sc(fr,tm)，其中fr为距离频率，tm为慢时间；2b)在没有目标和平台运动参数先验知识条件下，从脉冲压缩信号的距离频率域表达式中构造参考函数sref(fr,tm)：其中，Δf为距离频率间隔，σs为目标复反射系数，P(fr)表示距离向窗函数wc(t)的傅立叶变换，j为复数符号，fc是载频，wa(tm)为方位向窗函数，c表示光速，v为平台速度，va为方位向速度，vc为距离向速度，ac是距离向加速度，RB为最短斜距；2c)对参考函数取复共轭后与慢速目标脉冲压缩信号的距离频域表达式进行相乘，再将其结果在方位向进行傅立叶变换，得到距离和方位二维频率域其中fa为方位频率；2d)对二维频率域中的距离向进行逆傅立叶变换，得到慢速目标信号幅度谱|sO(t,fa)|，其中t为快时间；(3)对多普勒频率大于PRF/2的快速运动目标进行成像：3a)判断快速运动目标的频谱在方位向上是否落在一个雷达脉冲重复率PRF之内，若是，则执行3b)，否则，执行步骤3c)；3b)目标频谱落在一个雷达脉冲重复率之内的成像：3b1)对获取的快速目标基带回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域，得到的距离频域表达式3b2)从脉冲压缩后信号距离频域表达式中构造参考函数其中，M＝…,-2,-1,1,2…是模糊数；3b3)对参考函数取复共轭后与脉冲压缩后信号的距离频域表达式进行相乘，得到得到目标频谱的距离频域表达式3b4)对目标频谱进行距离向逆傅立叶变换后再进行方位向傅立叶变换，得到快速目标信号幅度谱3c)目标频谱落在一个雷达脉冲重复率之外的成像：3c1)对获取的快速目标基带回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域，得到距离频域表达式3c2)从脉冲压缩后信号的距离频域表达式中构造参考函数其中，w1(tm)和w2(tm)分别为目标信号坐落在第M个PRF和第(M+1)个PRF的方位向包络；3c3)对参考函数取复共轭后与脉冲压缩后信号的距离频域表达式进行相乘，得到目标频谱的距离频率域表达式3c4)对目标频谱距离频率域表达式进行距离向逆傅立叶变换后再进行方位向傅立叶变换，得到快速目标信号幅度谱本专利技术与现有技术相比具有如下优点：1)本专利技术由于无需对目标进行参数估计，所以在目标信号与强地杂波之间的对比度较低的情况下，依然能够很好地消除目标距离向速度引起的距离走动，校正方位向速度以及距离向加速度引起的距离弯曲；2)本专利技术由于构造的参考函数是随着距离频率变化的，所以可利用快速傅立叶变换来实现目标成像，而无需插值操作；3)本专利技术由于基带相位在距离频率域匹配滤波之后，距离向和方位向之间的耦合被消除，所以能够地对运动目标进行聚焦成像。附图说明图1为本专利技术的实现流程图；图2为本专利技术中使用的正侧视雷达几何结构示意图；图3为用本专利技术对慢速运动目标聚焦成像结果仿真图；图4为用本专利技术对快速运动目标频谱落在一个雷达脉冲重复率之内的目标聚焦成像结果仿真图；图5为用本专利技术对快速目标频谱落在一个雷达脉冲重复率之外的目标聚焦成像结果仿真图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术做进一步描述参照图1，本专利技术包括以下几个步骤：步骤1，构建正侧视雷达回波信号模型，获取运动目标回波信号。1a)设计正侧视雷达与运动目标之间的几何关系：本步骤设计的正侧视雷达与动目标之间的几何关系如图2所示，其中vc和va分别代表距离向速度和方位向速度，ac和aa分别是距离向加速度和方位向加速度，tm为慢时间，v为平台速度，在方位慢时间间隔ΔT时间内，目标由位置a运动到位置b，RB和Rs(tm)分别为目标到平台的最短斜距和瞬时斜距，其中瞬时斜距Rs(tm)通过如下公式计算得到：1b)获取运动目标回波信号：设正侧视阵雷达的斜视角为零，得到运动目标的回波信号为：其中t为快时间，σs为目标复反射系数，G为回波信号增益，wc(t)为距离向窗函数，wa(tm)为方位向窗函数，c代表光速，λ为波长，γ为脉冲信号调频率，。步骤2，对多普勒频率小于PRF/本文档来自技高网...

【技术保护点】
针对任意地面运动目标SAR成像方法，包括：(1)构建正侧视雷达回波信号模型，获取运动目标回波信号；(2)对多普勒频率小于PRF/2的慢速运动目标进行成像，其中PRF为雷达脉冲重复率：2a)对获取的慢速目标回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域，得到脉冲压缩后信号的距离频域表达式s

【技术特征摘要】
1.针对任意地面运动目标SAR成像方法，包括：(1)构建正侧视雷达回波信号模型，获取运动目标回波信号；(2)对多普勒频率小于PRF/2的慢速运动目标进行成像，其中PRF为雷达脉冲重复率：2a)对获取的慢速目标回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域，得到脉冲压缩后信号的距离频域表达式sc(fr,tm)，其中fr为距离频率，tm为慢时间；2b)在没有目标和平台运动参数先验知识条件下，从脉冲压缩信号的距离频率域表达式中构造参考函数sref(fr,tm)：其中，Δf为距离频率间隔，σs为目标复反射系数，P(fr)表示距离向窗函数wc(t)的傅立叶变换，fc是载频，wa(tm)为方位向窗函数，c表示光速，v为平台速度，va为方位向速度，vc为距离向速度，ac是距离向加速度，RB为最短斜距；2c)对参考函数取复共轭后与慢速目标脉冲压缩信号的距离频域表达式进行相乘，再将其结果在方位向进行傅立叶变换，得到距离和方位二维频率域其中fa为方位频率；2d)对二维频率域中的距离向进行逆傅立叶变换，得到慢速目标信号幅度谱|sO(t,fa)|，其中t为快时间；(3)对多普勒频率大于PRF/2的快速运动目标进行成像：3a)判断快速运动目标的频谱在方位向上是否落在一个雷达脉冲重复率PRF之内，若是，则执行3b)，否则，执行步骤(3c)；3b)目标频谱落在一个雷达脉冲重复率之内的成像：3b1)对获取的快速目标基带回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域，得到的距离频域表达式3b2)从脉冲压缩后信号距离频域表达式中构造参考函数其中，M＝…,-2,-1,1,2…是模糊数；3b3)对参考函数取复共轭后与脉冲压缩后信号的距离频域表达式进行相乘，得到得到目标频谱的距离频域表达式3b4)对目标频谱进行距离向逆傅立叶变换后再进行方位向傅立叶变换，得到快速目标信号幅度谱3c)目标频谱落在一个雷达脉冲重复率之外的成像：3c1)对获取的快速目标基带回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域，得到距离频域表达式3c2)从脉冲压缩后信号的距离频域表达式中构造参考函数其中，w1(tm)和w2(tm)分别为目标信号坐落在第M个PRF和第(M+1)个PRF的方位向包络；3c3)对参考函数取复共轭后与脉冲压缩后信号的距离频域表达式进行相乘，得到目标频谱的距离频率域表达式3c4)对目标频谱距离频率域表达式进行距离向逆傅立叶变换后再进行方位向傅立叶变换，得到快速目标信号幅度谱2.如权利要求1所述的方法，其中步骤(1)中构建的正侧视雷达回波信号模型，表示如下：其中，s(t,tm)表示正侧视雷达回波信号，t为快时间，G为回波信号增益，wc(t)为距离窗函数，λ为波长，γ为脉冲信号调频率，Rs(tm)为瞬时斜距。3.如权利要求1所述的方法，其中步骤(2a)中脉冲压缩后信号的距离频域表达式Sc(fr,tm)，表示如下：

【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣棋，龙忠实，廖桂生，王委，陈娟娟，王宇卓，
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