一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法技术

本发明专利技术提供一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法，基于不同原始子孔径图像中的变化信息实现动目标的速度估计，克服传统单通道动目标检测系统检测概率低、盲速以及最小检测速度限制等问题；本发明专利技术通过径向速度和方位向速度不断去更新相位补偿函数后，重新进行BP成像，直到径向速度和方位向速度满足设定条件，符合一定的精度要求；并且，由于本发明专利技术进行多次BP成像，获得的子孔径图像聚焦度更好，能够提供类视频的高轨SAR产品，从而获得动目标的位置、速度、运动趋势等各种运动参数信息，显著提升SAR图像产品的应用水平。

A moving target velocity detection method for high orbit synthetic aperture radar

The invention provides a moving target velocity detection method of high-orbit synthetic aperture radar, which realizes the velocity estimation of moving target based on the variation information of different original sub-aperture images, overcomes the problems of low detection probability, blind speed and minimum detection speed limit of traditional single-channel moving target detection system, etc. After the azimuth velocity constantly updates the phase compensation function, the BP imaging is re-performed until the radial velocity and azimuth velocity meet the setting conditions and meet certain precision requirements; moreover, the sub-aperture image obtained by the present invention has better focusing degree and can provide video-like high-orbit SAR products from the multi-time BP imaging. The position, velocity, motion trend and other motion parameters of moving targets are obtained, which can significantly improve the application level of SAR image products.

【技术实现步骤摘要】
一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法
本专利技术属于合成孔径雷达信号处理领域，尤其涉及一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法。
技术介绍
高轨合成孔径雷达具备大范围覆盖、持续监视重点区域等低轨合成孔径雷达不可比拟的优势。因此，开展高轨合成孔径雷达动目标处理技术的研究具有重大军事意义。然而，受限于卫星承载能力，目前国内中高轨道合成孔径雷达卫星均为单通道模式。因此，开展单通道高轨合成孔径雷达动目标处理技术的研究具有实际意义。传统的单通道合成孔径雷达动目标检测方法主要是利用运动目标与静止场景多普勒中心频率、多普勒调频率与时频特性的不同来检测动目标。对于单通道系统而言，杂波抑制能力有限，使得动目标淹没在强杂波中难以检测，特别是对于慢速目标的检测更加困难，同时存在盲速的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术提供一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法，能够解决传统单通道动目标检测系统检测概率低、盲速等问题。一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法，包括以下步骤：S1：对高轨SAR回波数据进行子孔径分割，得到原始子孔径数据；S2：根据初始相位补偿函数，基于BP算法获取各原始子孔径数据的原始子孔径图像；其中，所述初始相位补偿函数为静止场景下的相位补偿函数；S3：基于恒虚警率法CFAR，获取各原始子孔径图像中的疑似动目标；S4：获取各疑似动目标在相邻原始子孔径图像之间的位置偏移量，如果疑似动目标在任意相邻原始子孔径图像之间的位置偏移量均大于0，则该疑似动目标为待选动目标；S5：提取各原始子孔径图像中的待选动目标图像，并将各待选动目标图像反变换为回波数据；S6：获取各原始子孔径图像中的待选动目标的径向速度和方位向速度；S7：根据所述径向速度和方位向速度重新获取相位补偿函数后，根据重新获取的相位补偿函数，基于BP算法对待选动目标图像的回波数据进行成像，获取待选动目标子孔径图像；S8：获取待选动目标子孔径图像中待选动目标的径向速度和方位向速度；S9：判断步骤S8的径向速度和方位向速度是否满足设定条件，如果满足，则步骤S8的径向速度和方位向速度为动目标的径向速度和方位向速度，如果不满足，则根据步骤S8中的径向速度和方位向速度重新执行步骤S7和S8，直到满足设定条件。可选的，所述获取各原始子孔径图像中的待选动目标的径向速度和方位向速度具体为：对所有相邻原始子孔径图像之间的同一个待选动目标进行位置差分，得到待选动目标的位移矢量；将各位移矢量对时间进行微分，得到待选动目标的方位向速度估计值；取待选动目标在所有原始子孔径图像中的方位向速度估计值的平均值作为该待选动目标的方位向速度；根据各原始子孔径图像中待选动目标相对于任意一个静止强散射目标的多普勒中心偏移，获取待选动目标的径向速度估计值；其中，所述静止强散射目标为在任意相邻原始子孔径图像之间的位置偏移量不全大于0的疑似动目标；取待选动目标在所有原始子孔径图像中的径向速度估计值的平均值作为该待选动目标的径向速度。可选的，所述获取待选动目标子孔径图像中待选动目标的径向速度和方位向速度具体为：对所有相邻待选动目标子孔径图像之间的同一个待选动目标进行位置差分，得到待选动目标的位移矢量；将各位移矢量对时间进行微分，得到待选动目标的方位向速度估计值；取待选动目标在所有待选动目标子孔径图像中的方位向速度估计值的平均值作为该待选动目标的方位向速度；根据各待选动目标子孔径图像中待选动目标，与该待选动目标子孔径图像所在的原始子孔径图像中任意一个静止强散射目标的多普勒中心偏移，获取待选动目标的径向速度估计值；其中，所述静止强散射目标为在任意相邻原始子孔径图像之间的位置偏移量不全大于0的疑似动目标；取待选动目标在所有待选动目标子孔径图像中的径向速度估计值的平均值作为该待选动目标的径向速度。可选的，所述相邻原始子孔径数据之间的时间间隔tf为(1-α)Ts，其中α为相邻原始子孔径数据的重叠率，Ts为原始子孔径数据的合成孔径时间。可选的，所述基于恒虚警率法CFAR，获取各子孔径图像中的疑似动目标具体为：分别获取各子孔径图像中能量密度大于第一设定阈值的像素点，如果该像素点的邻域像素点的平均能量密度，比背景杂波的平均能量密度高出第二设定阈值时，该像素点为疑似动目标，否则为非疑似动目标。有益效果：本专利技术提供一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法，基于不同原始子孔径图像中的变化信息实现动目标的速度估计，克服传统单通道动目标检测系统检测概率低、盲速以及最小检测速度限制等问题；本专利技术通过径向速度和方位向速度不断去更新相位补偿函数后，重新进行BP成像，直到径向速度和方位向速度满足设定条件，符合一定的精度要求；并且，由于本专利技术进行多次BP成像，获得的子孔径图像聚焦度更好，能够提供类视频的高轨SAR产品，从而获得动目标的位置、速度、运动趋势等各种运动参数信息，显著提升SAR图像产品的应用水平。附图说明图1为本专利技术提供的一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法的流程图；图2为本专利技术提供的高轨SAR回波信号录取过程示意图；图3为本专利技术提供的高轨SAR回波信号录取过程等效模型示意图。具体实施方式为了使本
的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。参见图1，该图为本实施例提供的一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法的流程图。一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法，包括以下步骤：S1：对高轨SAR回波数据进行子孔径分割，得到原始子孔径数据。需要说明的是，所述原始子孔径数据的方位向分辨率相等，同时相邻原始子孔径数据之间的时间间隔tf为(1-α)Ts，其中α为相邻原始子孔径数据的重叠率，Ts为原始子孔径数据的合成孔径时间。S2：根据初始相位补偿函数，基于BP算法获取各原始子孔径数据的原始子孔径图像；其中，所述初始相位补偿函数为静止场景下的相位补偿函数。需要说明的是，相位补偿函数的计算公式为exp(jKrcR(Xn；xp,yp))，其中R(Xn；xp,yp)为静止场景中对应目标点的瞬时斜距。参见图2，该图为本实施例提供的高轨SAR回波信号录取过程示意图。X轴为雷达平台飞行轨迹。xoy为成像场景坐标轴，x轴为场景中心线，与X轴平行；y轴为最近斜距轴，O点为孔径中心。雷达飞行平台沿X轴以脉冲重复频率PRF发射脉冲并接收回波信号，若雷达飞行平台以匀速V直线飞行，则发射第n个脉冲时雷达飞行平台在xoy坐标系中的位置为(Xn,R0)，其中Xn＝Vtn，tn＝n/PRF为发射第n个脉冲的方位时间，R0为发射第n个脉冲时雷达飞行平台在xoy坐标系中的高度。Pm为成像场景中匀速直线运动的运动目标，其坐标位置为(xp,yp)，运动速度为v，v沿径向和横向分解的径向速度vr和横向速度va，那么根据上述模型，雷达飞行平台到运动目标瞬时斜距可以表示为：对式(1)进行变换可以得到其中，γr＝vr/V，γa＝va/V，xpe＝((1-γa)xp-γr(R0+yp))/γp，可以看出，运动目标信号的斜距模型可以等效为另一个静止点的斜距模型，如图3所示。需要说明的是，静止场景中所有目标的速度均为0，则静止场景下的相位补偿函数的方位向速度和径向速度也均为0。需要说明的是，对原始子孔径数据进行BP(B本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对高轨SAR回波数据进行子孔径分割，得到原始子孔径数据；S2：根据初始相位补偿函数，基于BP算法获取各原始子孔径数据的原始子孔径图像；其中，所述初始相位补偿函数为静止场景下的相位补偿函数；S3：基于恒虚警率法CFAR，获取各原始子孔径图像中的疑似动目标；S4：获取各疑似动目标在相邻原始子孔径图像之间的位置偏移量，如果疑似动目标在任意相邻原始子孔径图像之间的位置偏移量均大于0，则该疑似动目标为待选动目标；S5：提取各原始子孔径图像中的待选动目标图像，并将各待选动目标图像反变换为回波数据；S6：获取各原始子孔径图像中的待选动目标的径向速度和方位向速度；S7：根据所述径向速度和方位向速度重新获取相位补偿函数后，根据重新获取的相位补偿函数，基于BP算法对待选动目标图像的回波数据进行成像，获取待选动目标子孔径图像；S8：获取待选动目标子孔径图像中待选动目标的径向速度和方位向速度；S9：判断步骤S8的径向速度和方位向速度是否满足设定条件，如果满足，则步骤S8的径向速度和方位向速度为动目标的径向速度和方位向速度，如果不满足，则根据步骤S8中的径向速度和方位向速度重新执行步骤S7和S8，直到满足设定条件。...

【技术特征摘要】
1.一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法，其特征在于，包括以下步骤：S1：对高轨SAR回波数据进行子孔径分割，得到原始子孔径数据；S2：根据初始相位补偿函数，基于BP算法获取各原始子孔径数据的原始子孔径图像；其中，所述初始相位补偿函数为静止场景下的相位补偿函数；S3：基于恒虚警率法CFAR，获取各原始子孔径图像中的疑似动目标；S4：获取各疑似动目标在相邻原始子孔径图像之间的位置偏移量，如果疑似动目标在任意相邻原始子孔径图像之间的位置偏移量均大于0，则该疑似动目标为待选动目标；S5：提取各原始子孔径图像中的待选动目标图像，并将各待选动目标图像反变换为回波数据；S6：获取各原始子孔径图像中的待选动目标的径向速度和方位向速度；S7：根据所述径向速度和方位向速度重新获取相位补偿函数后，根据重新获取的相位补偿函数，基于BP算法对待选动目标图像的回波数据进行成像，获取待选动目标子孔径图像；S8：获取待选动目标子孔径图像中待选动目标的径向速度和方位向速度；S9：判断步骤S8的径向速度和方位向速度是否满足设定条件，如果满足，则步骤S8的径向速度和方位向速度为动目标的径向速度和方位向速度，如果不满足，则根据步骤S8中的径向速度和方位向速度重新执行步骤S7和S8，直到满足设定条件。2.如权利要求1所述的一种高轨合成孔径雷达动目标速度检测方法，其特征在于，所述获取各原始子孔径图像中的待选动目标的径向速度和方位向速度具体为：对所有相邻原始子孔径图像之间的同一个待选动目标进行位置差分，得到待选动目标的位移矢量；将各位移矢量对时间进行微分，得到待选动目标的方位向速度估计值；取待选动目标在所有原始子孔径图像中的方位向速度估计值的平均值作为该待选动目标的方位向速度；根据各原始子孔径图像中待选动目标相对于任意...

【专利技术属性】
技术研发人员：张庆君，朱宇，吕争，梁健，徐明明，肖刚，麻丽香，李晓云，游冬，
申请(专利权)人：北京空间飞行器总体设计部，
类型：发明
国别省市：北京,11