基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法技术

本发明专利技术公开了一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，属于信号处理技术领域，适用于SAR图像中运动目标的精确定位，其主要思路为：获取SAR图像，所述SAR图像中包括静止目标和运动舰船目标，然后得到静止目标的多普勒谱；从SAR图像得到运动舰船目标的多普勒谱；根据静止目标的多普勒谱和运动舰船目标的多普勒谱，得到舰船运动目标和静止目标的多普勒谱偏移量△fd和舰船运动目标在SAR图像方位向上的像素偏移量△pixel；根据舰船运动目标和静止目标的多普勒谱偏移量△fd和舰船运动目标在SAR图像方位向上的像素偏移量△pixel，在SAR图像中将运动舰船目标沿方位向进行平移，进而完成舰船运动目标的位置校正。

Target location method based on Doppler spectral offset correction

The invention discloses a target location method based on Doppler spectrum offset correction, which belongs to the field of signal processing technology and is suitable for precise positioning of moving targets in SAR images. The main idea is to acquire SAR images, which include stationary targets and moving ship targets, and then obtain stationary targets. Doppler spectrum; Doppler spectrum of moving ship target from SAR image; Doppler spectrum of moving ship target and stationary ship target according to Doppler spectrum of stationary target and Doppler spectrum of moving ship target, Doppler spectrum offset (?) FD of moving ship target and pixel offset (?) pixel of moving ship target in azimuth direction of SAR image are obtained. The Doppler spectrum offset of moving target and stationary target (?) FD and the pixel offset (?) pixel of ship moving target in the azimuth direction of SAR image translate the moving ship target along the azimuth direction in SAR image, and then complete the position correction of ship moving target.

【技术实现步骤摘要】
基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法
本专利技术属于信号处理
，特别涉及一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，适用于SAR图像中运动目标的精确定位。
技术介绍
星载SAR是从空间对地观测的一种有效手段，具有全天时、全天候、多波段及高分辨率的优点，可以详细、准确地测绘地形、地貌，获取地球表面的信息，最终生成目标场景的高分辨地图。对于场景中的静止目标，由SAR图像经过地理编码生成卫星正射影像，目标的定位精度较高，可以满足军事目标打击等需求；但是对于场景中的运动目标，由于运动目标沿雷达视线方向存在分速度，导致运动目标的回波中引入了一个额外的多普勒频率。SAR图像的成像原理是距离向和方位向的两次匹配滤波，运动目标引入的额外多普勒频率会使得目标聚焦位置发生方位向的偏移，所以SAR图像中运动目标会明显偏移真实的位置，导致无法对运动目标进行有效进行定位。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提出一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，该种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法利用运动目标多普勒谱和静止目标多普勒谱之间有明显的偏移量这一现象，通过估计运动目标和静止目标的谱偏移量来有效估计运动目标在方位向的偏移量，进而对目标位置进行修正和正确定位；要想对运动目标进行准确的定位，必须先对运动目标多普勒偏移量进行有效估计，然后根据运动目标方位向位置偏移量和多普勒偏移量的关系，计算运动目标在SAR图像中的方位向偏移量，进而对SAR图像中运动目标位置进行修正，在此基础上完成SAR图像运动目标的有效定位。星载SAR下传的雷达回波数据经过成像算法处理可以得到SAR图像。根据SAR图像成像算法的特性，对于SAR图像中的静止目标，成像位置为静止目标的真实位置；但是对于运动目标，由于运动目标沿雷达视线方向速度分量引入了额外的多普勒频率，运动目标成像位置相对于真实位置会有一定的偏移，所以SAR图像中的运动目标位置需要经过校正才能得到真实的位置。运动目标的位置校正需要估计运动目标的多普勒偏移量才能完成，本专利技术提供一种有效的方法对SAR图像中的运动目标多普勒偏移量进行估计，然后利用估计的运动目标多普勒偏移量对SAR图像中的运动目标位置进行修正。在SAR图像中静止目标和运动目标的位置都正确的基础上，才能完成SAR成像场景中所有目标的准确定位。SAR图像中静止目标和运动目标只有在准确定位的基础上，才能为目标识别、目标精确打击等军事行动提供保障。为达到上述技术目的，本专利技术采用如下该方法技术方案予以实现。一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，包括以下步骤：步骤1，获取SAR图像，所述SAR图像中包括静止目标和运动舰船目标，然后得到静止目标的多普勒谱；步骤2，从SAR图像得到运动舰船目标的多普勒谱；步骤3，根据静止目标的多普勒谱和运动舰船目标的多普勒谱，得到舰船运动目标和静止目标的多普勒谱偏移量△fd和舰船运动目标在SAR图像方位向上的像素偏移量△pixel；步骤4，根据舰船运动目标和静止目标的多普勒谱偏移量△fd和舰船运动目标在SAR图像方位向上的像素偏移量△pixel，在SAR图像中将运动舰船目标沿方位向进行平移，进而完成舰船运动目标的位置校正。本专利技术的有益效果：本专利技术能够有效地提高舰船运动目标的定位精度，相比于根据舰船运动目标尾迹来校正方位向偏移量的方法，本专利技术提供的方法在舰船运动目标尾迹不明显，甚至看不到舰船运动目标尾迹的SAR图像中，同样能够进行舰船运动目标方位向的校正。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本专利技术作进一步详细说明。图1为本专利技术的一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法流程图；图2为包括运动点目标和静止点目标的仿真SAR图像示意图；图3为仿真实验中静止点目标和运动点目标的多普勒谱示意图；图4为实际SAR图像处理流程示意图；图5(a)为校正前的实际SAR图像示意图；图5(b)为校正后的实际SAR图像示意图；图6为舰船运动目标处理结果的局部示意图。具体实施方式参照图1，为本专利技术的一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法流程图；其中所述基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，包括以下步骤：步骤1，确定合成孔径雷达SAR，合成孔径雷达SAR的检测范围内存在静止目标和运动舰船目标，合成孔径雷达SAR发射电磁波并接收电磁波回波，然后对接收的电磁波回波进行二维匹配滤波后得到高分辨图像，记为SAR图像，所述SAR图像中包括静止目标和运动舰船目标。所述SAR图像是M×N的矩阵，M表示SAR图像的方位向包括的行数，N表示SAR图像的距离向包括的列数，M、N分别为大于1的正整数。从SAR图像中取出一个包括静止目标山区的小图像块，记为静止目标图像块矩阵A，A是一个大小为m×n的矩阵，静止目标图像块矩阵A的水平方向为距离向，垂直方向为方位向，m<M，n<N。对静止目标图像块矩阵A沿着方位向做傅里叶变换，得到傅里叶变换后的静止目标图像块矩阵B，B仍是一个大小为m×n的矩阵，傅里叶变换后的静止目标图像块矩阵B的水平方向仍为距离向，垂直方向仍为方位向。对傅里叶变换后的静止目标图像块矩阵B沿着距离向进行非相干累加，得到静止目标一维向量C,C是一个大小为m×1的向量，将所述静止目标一维向量C记为静止目标的多普勒谱；对于山区、平原、城区建筑等静止目标，操作方法一样。步骤2，从SAR图像中取出一个包括运动舰船目标的小图像块，记为运动舰船目标图像块矩阵a，a是一个大小为m×n的矩阵，运动舰船目标图像块矩阵a的水平方向为距离向，垂直方向为方位向。对运动舰船目标图像块矩阵a沿着方位向做傅里叶变换，得到傅里叶变换后的运动舰船目标图像块矩阵b，b仍是一个大小为m×n的矩阵，傅里叶变换后的运动舰船目标图像块矩阵b的水平方向仍为距离向，垂直方向仍为方位向。对傅里叶变换后的运动舰船目标图像块矩阵b沿着距离向进行非相干累加，得到舰船运动目标一维向量c,c是一个大小为m×1的向量，将所述舰船运动目标一维向量c记为舰船运动目标的多普勒谱。步骤3，将静止目标一维向量C和舰船运动目标一维向量c的幅度分别归一化并取dB，后，分别得到静止目标归一化向量C'和舰船运动目标归一化向量c'；静止目标归一化向量C'和舰船运动目标归一化向量c'均为m×1维向量，且其列号都为1,2,3,...,m，静止目标归一化向量C'和舰船运动目标归一化向量c'的元素值分别为[C'1,C'2,...,C'm',...,C'm]和[c'1,c'2,...,c'm',...,c'm]；m'＝1,2,…,m，C'm'表示静止目标归一化向量C'中列号m'的元素值，c'm'表示舰船运动目标归一化向量c'中列号m'的元素值。以静止目标归一化向量C'和舰船运动目标归一化向量c'的列号为横坐标、以静止目标归一化向量C'和舰船运动目标归一化向量c'的元素值为纵坐标分别绘制多普勒谱曲线，分别得到静止目标曲线L和舰船运动目标曲线l，所述静止目标曲线L和舰船运动目标曲线l分别C'为开口向下的抛物线形状。找到静止目标曲线L和舰船运动目标曲线l的纵坐标都为-5dB时静止目标曲线L和舰船运动目标曲线l对应的横坐标；由于静止目标曲线L和舰船运动目标曲线l都本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取SAR图像，所述SAR图像中包括静止目标和运动舰船目标，然后得到静止目标的多普勒谱；步骤2，从SAR图像得到运动舰船目标的多普勒谱；步骤3，根据静止目标的多普勒谱和运动舰船目标的多普勒谱，得到舰船运动目标和静止目标的多普勒谱偏移量△fd和舰船运动目标在SAR图像方位向上的像素偏移量△pixel；步骤4，根据舰船运动目标和静止目标的多普勒谱偏移量△fd和舰船运动目标在SAR图像方位向上的像素偏移量△pixel，在SAR图像中将运动舰船目标沿方位向进行平移，进而完成舰船运动目标的位置校正。

【技术特征摘要】
1.一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取SAR图像，所述SAR图像中包括静止目标和运动舰船目标，然后得到静止目标的多普勒谱；步骤2，从SAR图像得到运动舰船目标的多普勒谱；步骤3，根据静止目标的多普勒谱和运动舰船目标的多普勒谱，得到舰船运动目标和静止目标的多普勒谱偏移量△fd和舰船运动目标在SAR图像方位向上的像素偏移量△pixel；步骤4，根据舰船运动目标和静止目标的多普勒谱偏移量△fd和舰船运动目标在SAR图像方位向上的像素偏移量△pixel，在SAR图像中将运动舰船目标沿方位向进行平移，进而完成舰船运动目标的位置校正。2.如权利要求1所述的一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，其特征在于，在步骤1中，所述SAR图像是M×N的矩阵，M表示SAR图像的方位向包括的行数，N表示SAR图像的距离向包括的列数，M、N分别为大于1的正整数；所述静止目标的多普勒谱，其得到过程为：从SAR图像中取出一个包括静止目标的小图像块，记为静止目标图像块矩阵A，A是一个大小为m×n的矩阵，静止目标图像块矩阵A的水平方向为距离向，垂直方向为方位向，m<M，n<N；对静止目标图像块矩阵A沿着方位向做傅里叶变换，得到傅里叶变换后的静止目标图像块矩阵B，B是一个大小为m×n的矩阵，傅里叶变换后的静止目标图像块矩阵B的水平方向为距离向，垂直方向为方位向；对傅里叶变换后的静止目标图像块矩阵B沿着距离向进行非相干累加，得到静止目标一维向量C,C是一个大小为m×1的向量，将所述静止目标一维向量C记为静止目标的多普勒谱。3.如权利要求1所述的一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，其特征在于，在步骤2中，所述运动舰船目标的多普勒谱，其得到过程为：从SAR图像中取出一个包括运动舰船目标的小图像块，记为运动舰船目标图像块矩阵a，a是一个大小为m×n的矩阵，运动舰船目标图像块矩阵a的水平方向为距离向，垂直方向为方位向；对运动舰船目标图像块矩阵a沿着方位向做傅里叶变换，得到傅里叶变换后的运动舰船目标图像块矩阵b，b仍是一个大小为m×n的矩阵，傅里叶变换后的运动舰船目标图像块矩阵b的水平方向为距离向，垂直方向为方位向；对傅里叶变换后的运动舰船目标图像块矩阵b沿着距离向进行非相干累加，得到舰船运动目标一维向量c,c是一个大小为m×1的向量，将所述舰船运动目标一维向量c记为舰船运动目标的多普勒谱。4.如权利要求1所述的一种基于多普勒谱偏移量校正的目标位置定位方法，其特征在于，步骤3的子步骤为：3.1将静止目标一维向量C和舰船运动目标一维向量c的幅度分别归一化并取dB，后，分别得到静止目标归一化向量C'和舰船运动目标归一化向量c'；静止目标归一化向量C'和舰船运动目标归一化向量c'均为m×1维向量，且其列号都为1,2,3,...,m，静止目标归一化向量C'和舰船运动目标归一化向量c'的元素值分别为[C'1,C'2,...,C'm',...,C'm]和[c'1,c'2,...,c'm',...,c'm]；m'＝1,2,…,m，...

【专利技术属性】
技术研发人员：李真芳，田锋，邢超，毛琴，
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