一种基于Keystone和时频变换的地球同步轨道SAR运动目标成像处理装置制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种基于时频变换和多普勒中心校正的地球同步轨道SAR运动目标成像处理装置，包括有，雷达参数输出模块，此模块输出雷达的工作参数及成像处理所需的成像参数；徙动校正及距离压缩模块，该模块根据模块一输出的雷达参数，对回波进行未知目标运动参数下的距离徙动校正，同时进行距离压缩操作；运动目标检测及参数估计模块，该模块根据运动目标目标和静止目标回波时频特性的差异检测运动目标，并根据频谱能量对多普勒中心进行校正，估计运动参数；运动补偿及成像处理模块，根据模块三得到的运动参数对运动信号进行补偿，方位压缩完成成像。

A Kind of Image Processing Device for Moving Targets of Geostationary Orbit SAR Based on Keystone and Time-Frequency Transform

The invention discloses a processing device for moving target imaging of geosynchronous orbit SAR based on time-frequency transformation and Doppler center correction, including a radar parameter output module, which outputs the working parameters of the radar and the imaging parameters required for imaging processing; a migration correction and range compression module, which carries out unknown target to the echo according to the radar parameters output from module 1. Range migration correction under motion parameters and range compression operation at the same time; moving target detection and parameter estimation module, which detects moving target according to the difference of time-frequency characteristics between moving target and static target echo, and corrects Doppler center according to spectrum energy, estimates motion parameters; motion compensation and imaging processing module, according to the operation of module 3. The dynamic parameters compensate the motion signal, and the azimuth compression completes the imaging.

【技术实现步骤摘要】
一种基于Keystone和时频变换的地球同步轨道SAR运动目标成像处理装置
本专利技术涉及一种有效的GEOSAR运动目标成像处理装置，具体来说是一种基于Keystone和时频变换的GEOSAR运动目标成像处理装置。
技术介绍
合成孔径雷达(SyntheticApertureRadar，SAR)是一种全天时、全天候的主动式信息获取系统，合成孔径雷达的全链路系统可以分为三个部分，即雷达载体平台上的回波数据获取部分、空间段数据传输部分以及地面段数据处理部分。合成孔径雷达系统通过发射和接收脉冲信号，获取合成孔径雷达原始回波数据。军事热点地区观察、重要区域监视、地震多发区的地震预警等需要长时间对一固定区域观察的情况下，在轨的星载SAR由于其回归周期长，并不能胜任。近几年，地球同步轨道合成孔径雷达(GEOSAR，GeosynchronousorbitSyntheticApertureRadar)成了热点，其轨道回归周期小，可以对某地区进行长时间的观测，且其具有很宽的测绘带宽度，能进行大范围观测，波束覆盖地面的时间也长，基于上述特点，GEOSAR在地面物体检测方面有很大前景。用传统的如RDA算法(Range-DopplerAlgorithm，距离多普勒算法)、CSA算法(ChirpScalingAlgorithm，线性调频信号变标算法)、WKA算法(omega-k算法，波束域算法)等算法对动目标进行成像时，其会偏离实际的位置而造成误差，导致对目标位置的错误估计，大部分SAR成像系统针对的是地面静目标，根据计算，动目标具有径向分量速度后，其在成像中的方位向位置会迁移，而具有方位向分速度时，会造成图像的散焦。GEOSAR下的方位向调频率比较低，其成像结果受该值估计精度的影响，且信杂比较低，需要相干积累才能检测出来。GEOSAR对运动目标的检测和成像处理中，由于轨道高度位于地球同步轨道，覆盖范围大的同时引入了大量的杂波，因此信号难以检测。对于运动目标，在传统模式下，方位向信号难以相干积累导致了散焦的现象，因此针对检测方面而言有非相干方法，如J.Carretero＝Moya的《Applicationoftheradontransformtodetectsmalltargetsinseaclutter》中的Radon变换、B.D.Carlson《SearchradardetectionandtrackwiththeHoughtransform》的Hough变换等基于幅度进行积累的检测方法，另一类为如WVD算法(Wigner-VilleDistribution，Wigner-Ville分布)、FrFT算法(FractionalFourierTransform,分数阶傅里叶变换)等时频处理方法，充分利用了信号的相位信息，进行相干积累来达到高的增益，方便低信杂比下信号的检测。对于该类信号的检测处理往往和参数估计密不可分，检测利用了信号的特性，而特性又反映了目标的参数。2002年HONG-BOSUN发表了《ApplicationoftheFractionalFourierTransformtoMovingTargetDetectioninAirborneSAR》，将分数阶傅里叶变换用到了雷达运动目标的检测中，与常用的时频变换WVD进行了对比，并提出多目标CLEAN方法有效防止弱小目标的漏检。而在GEOSAR的应用场景下，距离徙动会使信号在低信杂比的环境中更难以检测，必须对距离徙动进行校正。DaiyinZhu于2007年提出的《AKeystoneTransformWithoutInterpolationforSARGroundMoving-TargetImaging》中采用频域处理来代替时域的插值有效降低了Keystone变换的运算量，尤其适用于大数据量的处理工作。HangYi在2009年论文《ImagingandLocatingMultipleGroundMovingTargetsBasedonKeystoneTransformandFrFTforSingleChannelSARSystem》也采用了Keystone和FrFT的方法，但文中未分析同一距离门多个目标的情况，仅靠FrFT不能完成这种情况的定位处理。针对现有检测和参数估计方法的不足，本专利技术提出一种利用时频变换和频谱能量相结合的方法来估计完整的多普勒参数，同时为了在低信杂比下检测目标，利用了非参数化距离徙动校正方法，获取了良好的成像结果。
技术实现思路
本专利技术提出了一种基于Keystone和时频变换的GEOSAR运动目标成像处理装置，该装置针对GEOSAR运动目标非合作、信杂比低的特点，利用不依赖于参数估计的快速Keystone变换方法校正距离徙动，方便在后续的方位向脉冲压缩中获取高的能量积累；接着利用FrFT没有交叉项干扰的特点，估计运动目标信号的多普勒参数，使用频谱能量方法辅助确定同一距离门下多个目标的多普勒中心频率，方便后续的定位处理。最后根据估计出的多普勒参数进行运动的补偿，最终形成免受运动影响的图像。本专利技术采用GEOSAR下的运动目标模型，长合成孔径时间使得目标积累效果更好，有利于信杂比的提升；Keystone变换在未知运动参数下可对整个场景进行距离徙动校正，尤其适合GEOSAR大场景的情况，采用基于频域变标思想的快速Keystone变换，降低运算量，提高运算效率；利用分数阶傅里叶变换这种时频分析方法检测运动目标，由于FrFT本身对多目标情况下的中心频率估计效果不佳，本专利技术采用基于频谱能量估计的多普勒中心频率测量方法，有效弥补了FrFT的缺点。本专利技术的一种基于Keystone和时频变换的GEOSAR运动目标成像处理装置，该装置利用雷达参数输出模块来生成所需雷达参数，其特征在于还包括有：徙动校正及距离压缩模块、运动目标检测及参数估计模块和运动补偿及成像处理模块；雷达参数输出模块，用于生成雷达工作参数f1＝{Na,Nr,PRF,Fs,Br,Tr,Kr,λ,V,td,tcenter,η,τ,fη,fτ}；徙动校正及距离压缩模块，用于对原始回波Sorigin进行距离向傅里叶变换并进行距离向匹配滤波完成脉冲压缩，接着在距离频率和方位时间域进行变标处理，去掉方位时间和距离频率的一阶耦合，也就完成了非参数化的距离徙动工作；运动目标检测及参数估计模块，用于接受经距离压缩和徙动校正的数据Src，对距离门信号进行分数阶傅里叶变换分析，进行信号的检测，用频谱能量发辅助估计多普勒参数，将各距离门中信号的多普勒参数作为输出结果；运动补偿及成像处理模块，用于补偿运动，方位压缩形成最终图像。该模块接收运动目标检测及参数估计模块的参数，针对存在运动目标的距离门中的单个运动目标进行补偿成像，最后将所有目标在图像域叠加，形成完整的图像。本专利技术采用GEOSAR下的运动目标模型，长合成孔径时间使得目标积累效果更好，有利于信杂比的提升；Keystone变换在未知运动参数下可对整个场景进行距离徙动校正，尤其适合GEOSAR大场景的情况，本文采用基于频域变标思想的快速Keystone变换，降低运算量，提高运算效率；利用分数阶傅里叶变换这种时频分析方法检测运动目标，由于FrFT本身对多目标情况下的中心频率本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于Keystone和时频变换的地球同步轨道SAR运动目标成像处理装置，该装置利用雷达参数输出模块来生成所需雷达参数，其特征在于还包括有：徙动校正及距离压缩模块、运动目标检测及参数估计模块和运动补偿及成像处理模块；雷达参数输出模块，用于生成雷达工作参数f1＝{Na,Nr,PRF,Fs,Br,Tr,Kr,λ,V,td,tcenter,η,τ,fη,fτ}；徙动校正及距离压缩模块，用于对原始回波Sorigin进行距离向傅里叶变换并进行距离向匹配滤波完成脉冲压缩，接着在距离频率和方位时间域进行变标处理，去掉方位时间和距离频率的一阶耦合，也就完成了非参数化的距离徙动工作；运动目标检测及参数估计模块，用于接受经距离压缩和徙动校正的数据Src，对距离门信号进行分数阶傅里叶变换分析，进行信号的检测，用频谱能量发辅助估计多普勒参数，将各距离门中信号的多普勒参数作为输出结果；运动补偿及成像处理模块，用于补偿运动，方位压缩形成最终图像。该模块接收运动目标检测及参数估计模块的参数，针对存在运动目标的距离门中的单个运动目标进行补偿成像，最后将所有目标在图像域叠加，形成完整的图像。

【技术特征摘要】
2017.12.27 CN 20171145144321.一种基于Keystone和时频变换的地球同步轨道SAR运动目标成像处理装置，该装置利用雷达参数输出模块来生成所需雷达参数，其特征在于还包括有：徙动校正及距离压缩模块、运动目标检测及参数估计模块和运动补偿及成像处理模块；雷达参数输出模块，用于生成雷达工作参数f1＝{Na,Nr,PRF,Fs,Br,Tr,Kr,λ,V,td,tcenter,η,τ,fη,fτ}；徙动校正及距离压缩模块，用于对原始回波Sorigin进行距离向傅里叶变换并进行距离向匹配滤波完成脉冲压缩，接着在距离频率和方位时间域进行变标处理，去掉方位时间和距离频率的一阶耦合，也就完成了非参数化的距离徙动工作；运动目标检测及参数估计模块，用于接受经距离压缩和徙动校正的数据Src，对距离门信号进行分数阶傅里叶变换分析，进行信号的检测，用频谱能量发辅助估计多普勒参数，将各距离门中信号的多普勒参数作为输出结果；运动补偿及成像处理模块，用于补偿运动，方位压缩形成最终图像。该模块接收运动目标检测及参数估计模块的参数，针对存在运动目标的距离门中的单个运动目标进行补偿成像，最后将所有目标在图像域叠加，形成完整的图像。2.根据权利要求1所述的一种基于Keystone和时频变换的地球同步轨道SAR运动目标成像处理装置，其特征在于徙动校正及距离压缩模块的处理方法为：步骤2-1，距离压缩；步骤2-2，Keystone变换；在方位时域—距离多普勒域进行Keystone变换，Keystone变标为步骤2-3，快速Keystone变换；所述变标后的结果记为对输入的方位时间—距离频率信号进行滤波操作和傅里叶变换、逆傅里叶变换，然后进行方位向傅里叶逆变换即可得到经过距离压缩和徙动校正的二维时域...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泽，于金栋，李春升，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京,11