快速非搜索的地面运动目标参数估计方法技术

本发明专利技术提出了一种快速非搜索的地面运动目标参数估计方法，主要解决现有方法补偿效果差、估计精度低的问题，实现对目标运动参数的精确估计和目标的重聚焦。其实现方案是：使用azimuth‑deramp匹配滤波函数对接收信号进行匹配滤波，消除谱分裂；再依次通过SOKT变换和相位差分处理补偿距离弯曲和距离走动；由IFFT和FFT变换得到的峰值坐标估计出多普勒模糊数和二阶运动参数；使用match匹配函数对接收信号进行匹配滤波，再依次进行KT变换、IFFT和FFT变换，并由峰值坐标估计出一阶运动参数。本方法补偿效果好，计算效率高，参数估计精度高，可用于地面运动目标在SAR图像中的重聚焦。

【技术实现步骤摘要】
快速非搜索的地面运动目标参数估计方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种快速非搜索的目标参数估计方法，可用于地面运动目标在SAR图像中的重聚焦。
技术介绍
传统的合成孔径雷达SAR可以在全天时、全天候条件下获得静态场景的图像，当前已在民用和军事领域广泛使用。但当目标发生移动时，会出现新的多普勒分量，引起距离走动和距离弯曲，导致移动目标在SAR图像中产生错位甚至无法显示。因此，为了准确估计运动目标参数，需要对距离走动和距离弯曲进行良好的补偿以实现重聚焦。佩里等人提出KT变换方法，该方法在低信噪比环境下显示出良好的补偿性能，可在移动目标一阶参数未知的情况下同时补偿多个目标的距离走动。但在实际应用中，由于脉冲重复频率有限，快速移动的目标经常会发生多普勒模糊，而KT方法无法解决多普勒模糊问题，其性能会显著下降。为了解决多普勒模糊问题，提出了一种通过搜索运动目标的线性轨迹和速度来实现距离-方位解耦合的Radon-FFT方法。此后，zheng等人提出了Deramp-Keystone变换，该方法可以在不搜索多普勒模糊数的情况下，对多普勒模糊情况下目标的距离弯曲进行补偿。然而实践发现该方法对距离走动和距离弯曲的补偿仍不够理想，且计算效率较低，有必要进行进一步的补偿处理。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种快速非搜索的地面运动目标参数估计方法，以提高计算效率，提升补偿效果。本专利技术的技术方案是，使用azimuth-deramp匹配滤波-二阶Keystone变换-相位差分PD技术，补偿距离弯曲和距离走动，修正多普勒频偏和多普勒展宽，实现一、二阶运动参数的准确估计和运动目标的重聚焦，其实现步骤包括如下：(1)对基于SAR平台几何模型的接收信号做数学变形和化简，得到关于频率变化量f和慢时间tm的接收信号S1(f,tm)；(2)利用azimuth-deramp匹配函数对接收信号S1(f,tm)进行匹配滤波，消除多普勒谱分裂，得到匹配后的信号S′1(f,tm)；(3)对匹配后的信号S′1(f,tm)进行二阶Keystone变换，实现距离弯曲补偿，得到关于频率变化量f和新的慢时间ηm的信号S2(f,ηm)；(4)对距离弯曲补偿信号S2(f,ηm)进行相位差分PD处理，得到一阶相位信号S3(f,ηm)；(5)对一阶相位信号S3(f,ηm)执行f域IFFT变换和ηm域FFT变换，实现距离走动补偿，得到关于快时间t和频率fa的峰值检测信号S4(t,fa)；(6)对峰值检测信号S4(t,fa)进行检波，估计出多普勒模糊数和目标的二阶运动参数(7)利用match匹配滤波函数对接收信号S1(f,tm)进行匹配滤波和一阶Keystone变换，以对距离弯曲和多普勒频偏进行补偿，得到关于频率变化量f和新慢时间变量τm的无频偏信号S′4(f,τm)；(8)对无频偏信号S′4(f,τm)执行f域IFFT变换和τm域FFT变换，得到包含一阶运动参数信息的峰值检测信号S5(t,fa)；(9)对包含一阶运动参数信息的峰值检测信号S5(t,fa)进行检波，估计出目标的一阶运动参数本专利技术与现有技术相比具有如下优点：本专利技术由于使用匹配滤波技术、Keystone变换和相位差分PD技术，因而运算过程仅涉及加法、复数乘法、IFFT和FFT，使得计算效率得到了显著提升；本专利技术由于使用非搜索算法，因而避免了对多普勒模糊数和一阶、二阶运动参数的搜索，使得雷达系统的复杂度降低；仿真结果表明，本专利技术能有效抑制多运动目标场景下的交叉项干扰。附图说明图1为本专利技术的使用场景图；图2为本专利技术的实现流程图；图3为用本专利技术方法对多运动目标场景下交叉项的抑制效果图；图4为本专利技术在模拟环境下对地面运动目标的成像效果图；图5为本专利技术在真实环境下对地面运动目标的成像效果图。具体实施方式参照图1，本专利技术的使用场景包括机载SAR平台和第i个地面运动目标，其中SAR平台为飞机，用于探测地面的汽车，飞机的俯仰角为零、速度为v，目标在tm时间内从a位置移动到b位置，其顺行速度和跨行速度分别为vai和vci。参照图2，本专利技术的实现步骤如下：步骤1，对信号S(t,tm)做数学变形并化简，得到化简后的接收回波信号S1(f,tm)。(1a)雷达接收机在tm时刻接收到K个目标的回波信号S(t,tm)：式中，A0,i为振幅，tm为慢时间，Ri(tm)为飞机与第i个运动目标之间的距离，rect(x)为区间[-1/2，1/2]上值为1的窗函数，μ为调频率，Tp为发射信号的脉冲持续时间，t为快时间，Ta为脉冲间隔，c为光速，Ri(tm)为飞机与第i个运动目标之间的距离，其中H为平台高度，Yi为飞机飞行轨迹在地面上的投影到第i个运动目标的距离；(1b)对Ri(tm)作泰勒级数展开并忽略高阶项：式中，R0i为零时刻飞机到第i个运动目标的距离，a1i和a2i分别为目标的一阶运动参数和二阶运动参数，可表示为：(1c)对a1i进行分解：式中，vb,i表示基带速度，Mamb,i表示多普勒模糊数，PRF为脉冲重复频率；(1d)结合(1a)、(1b)和(1c)得到化简后的接收回波信号S1(f,tm)，表示如下：式中，A1,i为压缩后的振幅，fc为中心频率。信号S1(f,tm)中的f-tm耦合项导致距离走动，耦合项导致距离弯曲，tm项和项引起多普勒频偏和展宽。步骤2，对化简后的接收回波信号S1(f,tm)进行方位角-deramp匹配滤波，得到匹配后信号S′1(f,tm)。(2a)选择如下azimuth-deramp匹配滤波函数：式中，f为频率变化量，fc为中心频率，Rb表示从飞机到中心线的最近倾斜距离，tm为慢时间；(2b)通过azimuth-deramp匹配滤波函数对接收回波信号S1(f,tm)进行匹配滤波，得到匹配后的信号S′1(f,tm)：式中，A1,i为匹配后的振幅，rect(x)为区间[-1/2，1/2]上值为1的窗函数，μ为调频率，Tp为发射信号的脉冲持续时间，Ta为脉冲间隔，c为光速，R0i为零时刻SAR平台与第i个目标的距离，vb,i为基带速度，Mamb,i为多普勒模糊数，PRF为脉冲重复频率。通过上述azimuth-deramp匹配滤波处理，补偿了运动目标的部分距离弯曲，降低了目标方位角带宽，消除了方位角谱分裂现象。步骤3，对匹配后的信号S′1(f,tm)进行二阶Keystone变换，得到无距离弯曲信号S2(f,ηm)。(3a)二阶Keystone变换表达式如下：式中，f为频率变化量，fc为中心频率，tm为慢时间变量，ηm表示新的慢时间变量；(3b)将二阶Ketstone变换表达式带入匹配后的信号S′1(f,tm)中，得到关于f和新慢时间变量ηm的距离弯曲补偿信号S2(f,ηm)：式中，A1,i为压缩后的振幅，rect(x)为区间[-1/2，1/2]上值为1的窗函数，μ为调频率，Tp为发射信号的脉冲持续时间，Ta为脉冲间隔，c为光速，R0i为零时刻SAR平台与第i个目标的距离，λ为波长，vb,i为基带速度，PRF为脉冲重复频率，Mamb,i为多普勒模糊数。通过上述二阶Keystone变换，补偿了目标的距离弯曲。步骤4，对距离弯曲补偿信号S2(f,ηm)进行相位差分PD处理，得到一阶相位信号本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速非搜索的地面运动目标参数估计方法，其特征在于，包括：(1)对基于SAR平台几何模型的接收信号做数学变形和化简，得到关于频率变化量f和慢时间tm的接收信号S1(f,tm)；(2)利用azimuth‑deramp匹配函数对接收信号S1(f,tm)进行匹配滤波，消除多普勒谱分裂，得到匹配后的信号S′1(f,tm)；(3)对匹配后的信号S′1(f,tm)进行二阶Keystone变换，实现距离弯曲补偿，得到关于频率变化量f和新的慢时间ηm的信号S2(f,ηm)；(4)对距离弯曲补偿信号S2(f,ηm)进行相位差分PD处理，得到一阶相位信号S3(f,ηm)；(5)对一阶相位信号S3(f,ηm)执行f域IFFT变换和ηm域FFT变换，实现距离走动补偿，得到关于快时间t和频率fa的峰值检测信号S4(t,fa)；(6)对峰值检测信号S4(t,fa)进行检波，估计出多普勒模糊数

【技术特征摘要】
1.一种快速非搜索的地面运动目标参数估计方法，其特征在于，包括：(1)对基于SAR平台几何模型的接收信号做数学变形和化简，得到关于频率变化量f和慢时间tm的接收信号S1(f,tm)；(2)利用azimuth-deramp匹配函数对接收信号S1(f,tm)进行匹配滤波，消除多普勒谱分裂，得到匹配后的信号S′1(f,tm)；(3)对匹配后的信号S′1(f,tm)进行二阶Keystone变换，实现距离弯曲补偿，得到关于频率变化量f和新的慢时间ηm的信号S2(f,ηm)；(4)对距离弯曲补偿信号S2(f,ηm)进行相位差分PD处理，得到一阶相位信号S3(f,ηm)；(5)对一阶相位信号S3(f,ηm)执行f域IFFT变换和ηm域FFT变换，实现距离走动补偿，得到关于快时间t和频率fa的峰值检测信号S4(t,fa)；(6)对峰值检测信号S4(t,fa)进行检波，估计出多普勒模糊数和目标的二阶运动参数(7)利用match匹配滤波函数对接收信号S1(f,tm)进行匹配滤波和一阶Keystone变换，以对距离弯曲和多普勒频偏进行补偿，得到关于频率变化量f和新慢时间变量τm的无频偏信号S′4(f,τm)；(8)对无频偏信号S′4(f,τm)执行f域IFFT变换和τm域FFT变换，得到包含一阶运动参数信息的峰值检测信号S5(t,fa)；(9)对包含一阶运动参数信息的峰值检测信号S5(t,fa)进行检波，估计出目标的一阶运动参数2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，在(1)中对基于SAR平台几何模型的接收信号做数学变形和化简，按如下步骤进行：(1a)设Ri(tm)为tm时刻SAR平台与第i个目标的距离，对Ri(tm)进行泰勒展开并保留前三项，得到：式中，R0i为零时刻SAR平台与第i个目标的距离，a1i为一阶运动参数，a2i为二阶运动参数；(1b)对一阶运动参数a1i进行分解，得到：式中，vb,i表示基带速度，Mamb,i表示多普勒模糊数；(1c)结合Ri(tm)的泰勒展开式、a1i的分解式和原接收信号，得到的接收信号S1(f,tm)，表示如下：式中，A1,i为压缩后的振幅，rect(x)为区间[-1/2，1/2]上值为1的窗函数，f为频率变化量，μ为调频率，Tp为发射信号的脉冲持续时间，tm为慢时间，Ta为脉冲间隔，fc为中心频率，R0i为零时刻SAR平台与第i个目标的距离，vb,i为基带速度，a2i为目标的二阶运动参数，Mamb,i为多普勒模糊数，c为光速，PRF为脉冲重复频率。3.如权利要求1所述方法，其特征在于，步骤(2)中得到的匹配后信号S′1(f,tm)，表示如下：式中，A1,i为压缩后的振幅，rect(x)为区间[-1/2，1/2]上值为1的窗函数，f为频率变化量，μ为调频率，Tp为发射信号的脉冲持续时间，tm为...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱圣棋，王磊，贺雄鹏，王鹏，
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