机载多通道CSSAR地面运动目标运动参数估计方法技术

本发明专利技术提供了一种机载多通道CSSAR地面运动目标运动参数估计方法，涉及雷达信号处理领域。本发明专利技术对距离压缩后的目标信号进行距离向傅里叶变换，并进行基带多普勒中心补偿，对补偿后的目标信号进行方位向傅里叶变换，估计目标的多普勒模糊数和多普勒调频率，并构造二维频域参考函数，根据目标的多普勒中心频率、多普勒调频率和正侧视时刻目标的位置参数估计目标的运动参数。本发明专利技术建立了目标位置和速度之间的耦合的精确关系式，提出利用目标的多普勒调频率、多普勒中心频率和目标在SAR图像中的位置信息来解除目标位置和速度之间的耦合，能准确估计出机载多通道CSSAR下地面运动目标的运动参数。

【技术实现步骤摘要】
机载多通道CSSAR地面运动目标运动参数估计方法
本专利技术涉及雷达信号处理领域，尤其是一种合成孔径雷达地面运动目标运动参数估计方法。
技术介绍
机载圆轨迹条带合成孔径雷达(CircularStripmapSyntheticApertureRadar，CSSAR)具有覆盖范围广和周期性重访的特点，因而适合用于地面运动目标指示(GroundMovingTargetIndication，GMTI)。目标运动参数估计是GMTI系统的基本任务之一，因此有必要研究适用于机载CSSAR的地面运动目标运动参数估计方法。现有的适用于常规直线轨迹合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)的地面运动目标运动参数估计方法通常是根据目标的方位调频率估计目标的方位向速度，根据目标的多普勒中心频率估计目标的距离向速度。然而，对于机载CSSAR，它的圆形的运动轨迹导致目标的位置和速度之间出现了耦合，使得上述用于直线轨迹SAR的运动参数估计方法无法直接用于机载CSSAR。
技术实现思路
为了克服现有技术的不足，本专利技术为机载多通道CSSAR提出一种能应对目标位置和速度之间的耦合的运动参数估计方法。针对机载CSSAR下地面运动目标的位置和速度存在的耦合导致现有地面运动目标运动参数估计方法无法用于机载CSSAR的问题，提出一种能够应对目标位置和速度之间的耦合的运动参数估计方法，实现机载多通道CSSAR下地面运动目标运动参数的准确估计。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案的步骤为：步骤1、假设：(1)杂波已被机载多通道CSSAR系统采用偏置相位中心天线(DisplacedPhaseCenterAntenna，DPCA)方法抑制；(2)距离压缩后的目标信号已被提取，且目标信号位于原始数据域；对距离压缩后的目标信号进行距离向傅里叶变换，将目标信号变换到方位时域距离频域，进入步骤2；步骤2、对步骤1变换到方位时域距离频域的目标信号进行基带多普勒中心补偿，包括如下步骤：a)方位时域距离频域的目标信号sDPCA(fr,ta)表示为其中，Wr(·)为距离频率包络，wa,1(·)为参考通道的收发双程天线方向图，fc为雷达发射信号的载频，fr为距离频率，ta为方位慢时间，c为光速，λ为波长，tb为目标位于参考通道等效相位中心的正侧视方向的时刻，Rb为tb时刻目标到雷达的距离，Ka为目标的多普勒调频率，fac为目标的多普勒中心频率，且fac可表示为fac＝fac,b+M·PRF，其中fac,b为目标基带多普勒中心频率，M为目标多普勒模糊数，PRF为雷达的脉冲重复频率；b)假设目标基带多普勒中心频率fac,b的估计值为则根据方位时域距离频率域目标信号的表达式，基带多普勒中心补偿函数可构造为将式(1)的目标信号与公式(2)的补偿函数相乘即可实现基带多普勒中心补偿；步骤3、对步骤2中基带多普勒中心补偿后的目标信号进行方位向傅里叶变换，将目标信号变到二维频域；步骤4、估计目标的多普勒模糊数和多普勒调频率，得到的多普勒模糊数和多普勒调频率的估计值分别为和步骤5、利用步骤4估计的目标多普勒模糊数和多普勒调频率构造二维频域的参考函数，将步骤3中的目标信号与该参考函数相乘进行目标成像，然后对相乘后的信号进行二维傅里叶逆变换将目标信号变到图像域；二维频域参考函数构造为：其中fa为基带方位频率，且满足-PRF/2≤fa≤PRF/2，和分别为目标多普勒调频率和多普勒模糊数的估计值；步骤6、根据目标在图像域中的位置估计正侧视时刻目标的位置参数，包括如下步骤：a)图像域目标信号表示为：其中，tr为距离快时间，pr(·)为距离压缩冲激响应函数，pa(·)为方位压缩冲激响应函数；b)根据公式(4)的图像域目标信号的表达式，正侧视时刻目标的位置参数Rb和方位角θb由下式估计得出：其中，和分别为Rb和θb的估计值，ta,img和tr,img为图像域中目标的方位向位置和距离向位置，ω为雷达运动的角速度；步骤7、根据目标的多普勒中心频率、多普勒调频率和正侧视时刻目标的位置参数估计目标的运动参数，采用如下公式估计目标的运动参数：式(7)和式(8)中，其中，为vx的估计值，为vy的估计值，vx和vy分别是目标沿x轴和y轴的速度，为fac的估计值，为rb的估计值，rb为正侧视时刻目标到坐标原点的距离，ra是雷达运动轨迹的半径，h为雷达的高度。本专利技术的步骤4采用基于最大对比度的方法估计目标的多普勒模糊数和多普勒调频率，具体步骤如下：a)将步骤3中基带多普勒中心补偿后的二维频域目标信号S(fr,fa)表示为其中Wa(fa)为方位频率包络；b)采用如下基于最大对比度的方法估计目标的多普勒模糊数和多普勒调频率：式(4)中，s(tr,ta；ka,m)＝IDFT2{S(fr,fa)·H2(fr,fa；ka,m)}(14)其中，IDFT2(·)表示二维傅里叶逆变换，E(·)表示空间平均操作，Contrast(·)表示图像的对比度，ka和m分别是构造二维频域参考函数H2(fr,fa；ka,m)时使用的目标多普勒调频率和多普勒模糊数。本专利技术的有益效果在于建立了目标位置和速度之间的耦合的精确关系式，并根据目标信号模型，提出利用目标的多普勒调频率、多普勒中心频率和目标在SAR图像中的位置信息来解除目标位置和速度之间的耦合。本专利技术能准确估计出机载多通道CSSAR下地面运动目标的运动参数，还可用于地面运动目标成像。附图说明图1是本专利技术的流程示意图。图2是机载双通道CSSAR观测几何图，其中ra为雷达运动轨迹的半径，ω为雷达的角速度，h为雷达高度，vx和vy分别为目标沿x轴和y轴的速度，r0和θ0为零时刻目标到坐标原点的距离和目标的方位角。图3是目标1的成像仿真结果图，其中，图3(a)为聚焦好的目标图像，图3(b)为方位向剖面图，图3(c)为距离向剖面图。图4是目标2成像仿真结果图，其中，图4(a)为聚焦好的目标图像，图4(b)为方位向剖面图，图4(c)为距离向剖面图。图5是目标3的成像仿真结果图，其中，图5(a)为聚焦好的目标图像，图5(b)为方位向剖面图，图5(c)为距离向剖面图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的流程示意图，本专利技术的具体步骤如下：步骤1、假设：(1)杂波已被机载多通道CSSAR系统采用偏置相位中心天线(DisplacedPhaseCenterAntenna，DPCA)方法抑制；(2)距离压缩后的目标信号已被提取，且目标信号位于原始数据域；对距离压缩后的目标信号进行距离向傅里叶变换，将目标信号变换到方位时域距离频域，进入步骤2；图2为机载双通道CSSAR观测几何图。雷达平台的运动轨迹是一个半径为ra的圆。雷达平台的角速度为ω，飞行高度为h。雷达波束始终垂直于速度方向并指向运动轨迹的外侧。假设目标匀速直线运动，且其沿x轴和y轴的速度分别为vx和vy。假设，在ta＝0时刻(ta为方位慢时间)，雷达通道1(参考通道)的等效相位中心位于(ra,0,h)，雷达通道2的等效相位中心位于(ra,-d,h)，目标位于(r0cosθ0,r0sinθ0,0)，其中，r0为ta＝0时刻目标到坐标原点的距离，θ0为ta＝0时刻目标的方位角，d为雷达相邻等效相位中心之间的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载多通道CSSAR地面运动目标运动参数估计方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1、假设：(1)杂波已被机载多通道CSSAR系统采用偏置相位中心天线方法抑制；(2)距离压缩后的目标信号已被提取，且目标信号位于原始数据域；对距离压缩后的目标信号进行距离向傅里叶变换，将目标信号变换到方位时域距离频域，进入步骤2；步骤2、对步骤1变换到方位时域距离频域的目标信号进行基带多普勒中心补偿，包括如下步骤：a)方位时域距离频域的目标信号sDPCA(fr,ta)表示为

【技术特征摘要】
1.一种机载多通道CSSAR地面运动目标运动参数估计方法，其特征在于包括下述步骤：步骤1、假设：(1)杂波已被机载多通道CSSAR系统采用偏置相位中心天线方法抑制；(2)距离压缩后的目标信号已被提取，且目标信号位于原始数据域；对距离压缩后的目标信号进行距离向傅里叶变换，将目标信号变换到方位时域距离频域，进入步骤2；步骤2、对步骤1变换到方位时域距离频域的目标信号进行基带多普勒中心补偿，包括如下步骤：a)方位时域距离频域的目标信号sDPCA(fr,ta)表示为其中，Wr(·)为距离频率包络，wa,1(·)为参考通道的收发双程天线方向图，fc为雷达发射信号的载频，fr为距离频率，ta为方位慢时间，c为光速，λ为波长，tb为目标位于参考通道等效相位中心的正侧视方向的时刻，Rb为tb时刻目标到雷达的距离，Ka为目标的多普勒调频率，fac为目标的多普勒中心频率，且fac可表示为fac＝fac,b+M·PRF，其中fac,b为目标基带多普勒中心频率，M为目标多普勒模糊数，PRF为雷达的脉冲重复频率；b)假设目标基带多普勒中心频率fac,b的估计值为则根据方位时域距离频率域目标信号的表达式，基带多普勒中心补偿函数可构造为将式(1)的目标信号与公式(2)的补偿函数相乘即可实现基带多普勒中心补偿；步骤3、对步骤2中基带多普勒中心补偿后的目标信号进行方位向傅里叶变换，将目标信号变到二维频域；步骤4、估计目标的多普勒模糊数和多普勒调频率，得到的多普勒模糊数和多普勒调频率的估计值分别为和步骤5、利用步骤4估计的目标多普勒模糊数和多普勒调频率构造二维频域的参考函数，将步骤3中的目标信号与该参考函数相乘进行目标成像，然后对相乘后的信号进行二维傅里叶逆变换将目标信号变到图像域；二维频域参考函数构造为：其中fa为基带方位频率，且满足-PRF/2≤fa≤PRF/2，和分别为目标多普勒调频率和多普勒模糊数的估计值；步骤6、根据目标在图像域中的位置估计正侧视时刻目标的位置参数，包括如下步骤：a)图像域目标信号表示为：其中，tr为距离快时间，pr(·)为距离压缩冲激响应函数，pa(·)为方位压缩冲激响应函数；b)根据公式(4)的图像域目标信号的表达式，正侧视时刻目标到雷达的距离Rb和目标的方位角θb由下式估计出：其中，和分别为Rb和θb的估计值，ta,...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永康，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61