一种太赫兹高速目标雷达成像方法技术

本发明专利技术涉及一种太赫兹高速目标雷达成像方法，基于窄带模式雷达测量及数据存储的转动参数估计；雷达发射多通道宽窄带线性调频信号，利用去斜处理方式进行脉冲压缩，对目标进行探测和高分辨成像；对不同运动条件下回波信号进行平动补偿；非匀速转台模型自适应补偿成像。目标运动过程中，相对雷达张角发生较大变化，进而引起目标多普勒速度急剧变化，为此本发明专利技术采用转台模型进行处理。利用系统窄带工作模式测量目标距离、速度和角度信息，并估算出转台角速度和角加速度，并通过对角加速度引起的非线性相位项补偿，将转台模型转换为匀速转台模型，并进一步利用常规距离‑多普勒算法获得目标高分辨雷达图像。

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹高速目标雷达成像方法
本专利技术所涉及的是太赫兹主动成像
，适用于运动目标高分辨成像的实现。
技术介绍
常规雷达技术逐步从距离、速度、角度等参数的测量，向雷达高分辨成像技术发展。鉴于太赫兹雷达具备较大带宽以及较短波长，其在雷达成像方面具备较大优势，既可降低系统有效尺寸又可实现高分辨成像，也可为目标识别提供丰富信息。专利CN106405550A公开了一种高速目标ISAR精确成像建模方法，主要解决常规成像模型因假设雷达信号发射、传播和接收过程中目标静止而带来的模型误差的问题，结合发射信号的具体形式，可以得到目标回波的具体表达，进而确定高速目标ISAR精确成像模型。专利CN107024684A提出一种空间高速运动目标干涉式三维成像方法，采用三天线回波平动补偿、基于改进OMP算法对联合参数化稀疏表征以及干涉相位信息处理实现对空间目标的三维成像。专利CN104502912A公开了一种高速运动目标逆合成孔径雷达成像方法。针对高速运动目标，首先利用最小二乘法和包络对齐估计目标运动参数，然后采用估计的运动参数对解线频调回波信号进行相干化处理，通过加权特征向量自聚焦算法对运动参数估计带来的相位误差予以消除，再利用楔形变换校正距离徙动，最后得到成像结果。太赫兹雷达成像信号处理存在一定的特点，尤其针对一定距离的高速运动目标，回波信号包含丰富的多普勒信息以及观测角度变化引起的多普勒频率的变化，这都对信号处理提出了一定的要求。
技术实现思路
针对高速目标太赫兹雷达成像遇到的多普勒域不同距离非线性变化问题，本专利技术提供一种太赫兹高速目标雷达成像方法，实现一种系统参数测量结合匀速转台模型变换的逆合成孔径高分辨成像技术。为了达到上述目的，本专利技术的技术方案在于提供一种太赫兹高速目标雷达成像方法，包含以下过程：步骤1.基于窄带模式雷达测量及数据存储的转动参数估计；雷达发射多通道宽窄带线性调频信号，利用去斜处理方式进行脉冲压缩，对目标进行探测和高分辨成像；步骤2.对不同运动条件下回波信号进行平动补偿；步骤3.非匀速转台模型自适应补偿成像。可选地，步骤1进一步包含以下过程:步骤1.1发射窄带信号完成目标运动参数测量，获得测量目标相对于雷达的运动速度v、距离RP和角度θ信息；步骤1.2根据窄带工作模式下目标距离和角度信息以及预先存数的数据比对，利用下式的二阶近似以及运动目标几何运动模型，计算出转台模型瞬时角速度和角加速度其中，Δθ(tm)表示合成孔径时间内目标相对于雷达视线旋转角，θ′表示雷达轴向与目标和雷达连线的夹角，Hp表示目标到雷达轴向距离；步骤1.3切换至宽带信号发射模式，并基于窄带信号测量参数确定不同运动条件下宽带回波信号成像时长。可选地，步骤2进一步包含以下过程：步骤2.1利用相邻相关法对回波进行包络对齐；步骤2.2基于多特显点综合的方法进行自聚焦。可选地，步骤3进一步包含以下过程：步骤3.1由步骤1计算得到的角速度以及角加速度，选择补偿函数其中，tm为慢时间；多普勒调频率步骤3.2利用非线性相位补偿，将非匀速转台模型变换至匀速转台模式，即回波信号最终表示为其中，γ为信号线性调频率，为快时间，fc为雷达工作频率，xP表示目标在成像平面内的横坐标；步骤3.3根据点目标回波的多普勒中心作旋转引起的距离走动，而后转换为无距离徙动的转台模型；然后，利用距离-多普勒算法获得高分辨雷达图像，λ为雷达工作波长。本专利技术针对太赫兹高分辨雷达成像用于高速目标探测回波信号处理。目标运动过程中，相对雷达张角发生较大变化，进而引起目标多普勒速度急剧变化，为解决该问题，采用转台模型进行处理。利用系统窄带工作模式测量目标距离、速度和角度信息，并估算出转台角速度和角加速度，并通过对角加速度引起的非线性相位项补偿，将转台模型转换为匀速转台模型，并进一步利用常规距离-多普勒算法获得目标高分辨雷达图像。附图说明图1是雷达与目标坐标系关系；图2是运动目标几何运动模型；图3是高速运动下，复杂目标多普勒频率变化关系曲线；图4是自适应逆合成孔径高分辨成像流程图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。(1)基于雷达系统测量目标转动参数估计对于接收的回波首先需消除差拍引入的剩余视频相位和包络斜置两个相位项，然后再进行平动补偿。假设雷达发射线性调频信号，并利用去斜方式进行脉冲压缩。不考虑目标幅度调制，目标上散射点P去斜后的回波模型表示为：其中，c为电磁波在空气中传播的速度，γ为信号线性调频率，为快时间，fc为雷达工作频率，tm为慢时间，ΔRp为散射点P与参考位置的距离差，主要由目标平动和转动引起。根据图1中雷达与目标坐标关系，考虑到参考距离大于目标尺度，散射点P到雷达的距离与参考距离之差以及目标平动的影响，忽略常数项，ΔRp可表示为：ΔRP(tm)≈RT(tm)+xPsin[θ(tm)]+yPcos[θ(tm)](2)其中，RT(tm)为平动，xP和yP分别表示目标在成像平面内的坐标，θ(tm)为瞬时转角。目标在高速运动时，距离探测雷达距离较近会引起较大转角(如图3所示)，此时转动不仅会引起高阶相位误差，还会引起包络的徙动，需要对目标运动引起的转角特性进行描述。窄带工作模式下，雷达对目标运动进行测量，分别给出目标速度v、距离RP以及角度θ′(这里仅考虑俯仰面的情况，结论同样适用于方位面)。根据图2所示的目标相对雷达几何运动模型，经计算目标转角与时间的关系如下：其中，Δθ(tm)表示合成孔径时间内目标相对于雷达视线旋转角，θ′表示雷达轴向与目标和雷达连线的夹角，Hp表示目标到雷达轴向距离。在未知的情况下，角加速度带来的距离和方位时变误差很难校正。可将目标转动分为匀速转动和匀加速转动两项，相应的角速度和角加速度为用式(4)表示。由于逆合成孔径时间短，单一合成孔径内认为角加速度为固定值(近距情况下，可通过减少合成孔径时间来降低角加速变化的影响)。(1)式经过去斜处理和运动补偿后，可近似改写为从(5)中可以看出，由于二次转动相位误差影响图像聚焦效果，因此为达到较好的成像效果需要对非均匀引起的二次相位项进行补偿。(2)基于参数估计的校正距离走动的距离-多普勒算法对式(5)慢时间的一阶和二阶导数可以得到点目标回波距离和相位变化的参数。点目标回波的多普勒中心fdc和多普勒调频率分别如式(6)和式(7)所示。利用方位向二次项相位补偿处理消除角加速度的影响。此时，系统相位匹配函数为经上述处理后，目标运动最终转换为匀速转台模型。此时，利用常规的距离-方位二维多普勒算法即可获取较好的雷达图像。综上所述，本专利技术所述的太赫兹高速目标雷达成像方法，包含以下过程：步骤1.基于窄带模式雷达测量及数据存储的转动参数估计：雷达采用多通道宽窄带线性调频信号相结合的去斜处理方式对目标进行探测和高分辨成像。步骤1.1发射窄带信号完成目标运动参数测量，即测量目标相对于雷达的运动速度v、距离RP和角度θ信息；步骤1.2根据窄带工作模式下目标距离和角度信息以及预先存数的数据比对，利用式(3)的二阶近似以及图2所示的的几何关系，计算出转台模型瞬时角速度和角加速度步骤1.3切换至宽带信号发射模式，并基于窄带信号测量参数确定不同运动条件下宽带回波信号成像时长。步骤2.对不同运动条件下回波信号进行本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹高速目标雷达成像方法，其特征在于，包含以下过程：步骤1.基于窄带模式雷达测量及数据存储的转动参数估计；雷达发射多通道宽窄带线性调频信号，利用去斜处理方式进行脉冲压缩，对目标进行探测和高分辨成像；步骤2.对不同运动条件下回波信号进行平动补偿；步骤3.非匀速转台模型自适应补偿成像。

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹高速目标雷达成像方法，其特征在于，包含以下过程：步骤1.基于窄带模式雷达测量及数据存储的转动参数估计；雷达发射多通道宽窄带线性调频信号，利用去斜处理方式进行脉冲压缩，对目标进行探测和高分辨成像；步骤2.对不同运动条件下回波信号进行平动补偿；步骤3.非匀速转台模型自适应补偿成像。2.如权利要求1所述太赫兹高速目标雷达成像方法，其特征在于，步骤1进一步包含以下过程:步骤1.1发射窄带信号完成目标运动参数测量，获得测量目标相对于雷达的运动速度v、距离RP和角度θ信息；步骤1.2根据窄带工作模式下目标距离和角度信息以及预先存数的数据比对，利用下式的二阶近似以及运动目标几何运动模型，计算出转台模型瞬时角速度和角加速度其中，Δθ(tm)表示合成孔径时间内目标相对于雷达视线旋转角，θ′表示雷达轴向与目标和雷达连线的夹角，Hp表示目标到雷达轴向距离；步骤1.3...

【专利技术属性】
技术研发人员：王平，程妹华，肖建，钟馥鸾，郑广瑜，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31