基于子孔径参数估计的SAR地面运动目标成像方法技术

本发明专利技术属于雷达技术领域，公开了基于子孔径参数估计的SAR地面运动目标成像方法。该方法包括：基于全孔径CPI内目标机动运动，子孔径CPI内目标匀速运动的假设，将原始回波数据分为子孔径回波数据并建立全孔径瞬时斜距模型与子孔径距离频域回波数据模型，估计子孔径回波数据参数，利用回波数据参数计算全孔径瞬时多普勒频率向量；利用全孔径瞬时斜距模型得到全孔径瞬时多普勒频率向量模型，将瞬时多普勒频率向量代入瞬时多普勒频率向量模型，求解待定系数，进而利用待定系数校正运动目标全孔径原始回波数据的高阶相位误差，从而大大提高了大斜视SAR成像模式下运动目标的聚焦水平，获得质量更好的成像图像。

SAR Ground Moving Target Imaging Method Based on Subaperture Parameter Estimation

The invention belongs to the technical field of radar, and discloses a SAR ground moving target imaging method based on sub-aperture parameter estimation. The method includes: based on the assumption of target maneuvering in full-aperture CPI and target moving at uniform speed in sub-aperture CPI, the original echo data are divided into sub-aperture echo data and the full-aperture instantaneous slant model and sub-aperture distance frequency domain echo data model are established to estimate the parameters of sub-aperture echo data, and the full-aperture instantaneous Doppler frequency vector is calculated by using the parameters of the echo data. Full-aperture instantaneous Doppler frequency vector model is obtained from the aperture instantaneous slant model. The instantaneous Doppler frequency vector is substituted into the instantaneous Doppler frequency vector model to solve the undetermined coefficients, and then the undetermined coefficients are used to correct the high-order phase errors of the original full-aperture echo data of the moving target, which greatly improves the focusing level of the moving target in the high squint SAR imaging mode and obtains the quality. Better image quality.

【技术实现步骤摘要】
基于子孔径参数估计的SAR地面运动目标成像方法
本专利技术涉及雷达
，尤其涉及基于子孔径参数估计的合成孔径雷达(英文全称：SyntheticApertureRadar，英文缩写：SAR)地面运动目标成像方法。
技术介绍
SAR最初主要应用于对静态地面场景成像，但是在交通探测和战场感知等特殊应用中，人们更感兴趣的是地面运动目标。然而，地面运动目标由于其未知的运动参数，在SAR回波数据中引入了高阶相位，针对静止场景的SAR成像处理无法去除回波数据中的高阶相位，导致地面运动目标在SAR图像上无法聚焦，对后续基于SAR图像的运动目标识别和分类带来困难。为了解决这一问题，提出了SAR地面运动目标成像处理，不同于静止场景的SAR成像处理，SAR地面运动目标成像处理的原理是将静态场景的回波视为干扰杂波，从杂波中提取出运动目标的回波后，基于目标回波对地面运动目标的运动参数引入的高阶相位进行估计并补偿。现有的机载合成孔径雷达动目标成像方法基于正侧视模式下的SAR成像几何，并考虑到一阶和二阶距离徙动相位误差造成的运动目标图像散焦问题，通过校正一阶二阶距离徙动相位误差，获得聚焦良好的图像，具体步骤是，第一，使用二阶Keysotne变换和二阶Keystone反变换校正回波数据中的一阶和二阶距离徙动相位误差。第二，利用修正魏格纳维利分布(英文全称：ModifiedWigner-VilleDitribution，英文缩写：M-WVD)方法估计多普勒调频率，并利用估计的多普勒调频率进行方位压缩，获得运动目标图像。但是，该方法仍然存在的不足之处：由于该方法针对正侧视工作模式设计，而正侧视工作模式下的SAR回波无需进行高阶相位校正，因此该方法无法直接应用于大斜视SAR运动目标回波数据处理。针对上述问题，有人提出了一种适用于大斜视SAR到的地面运动目标成像方法，该方法考虑到平台和目标双重运动导致的多普勒中心误差和二阶相位误差，能够在成像处理中校正多普勒中心误差和二阶相位误差，进而使地面运动目标的成像质量进一步提升。但是，该方法的不足之处在于：采用了全孔径成像处理，假设地面运动目标在全孔径相干处理间隔(英文全称：CoherentProcessInterval，英文缩写：CPI)内匀速运动，由于全孔径CPI较长，导致该假设与目标的实际运动情况存在差别，因而不能有效地校正运动目标回波数据中三阶以上的相位误差，最终会因为聚焦不足而导致成像图像质量差。
技术实现思路
本专利技术的实施例提供一种基于子孔径参数估计的SAR地面运动目标成像方法，能够有效的校正运动目标回波数据中三阶以上的相位误差，使运动目标成像聚焦效果更好以提高成像图像质量。为达到上述目的，本专利技术的实施例采用如下技术方案：步骤1、获取运动目标的原始回波数据ssF，利用预设的子孔径个数M，将全孔径相干处理间隔CPI等分为M个子孔径CPI，将原始回波数据在第m个子孔径CPI内的回波数据记为第m个子孔径回波数据，并对第m个子孔径回波数据依次进行去载频、距离向匹配滤波和距离向傅里叶变换，得到第m个子孔径的距离频域回波数据SsFm，m分别取1到M之间的所有整数。步骤2、建立全孔径瞬时斜距模型，对于每个子孔径，基于全孔径CPI内目标机动运动，各子孔径CPI内目标匀速运动的假设，利用全孔径瞬时斜距模型，得到第m个子孔径的瞬时斜距模型，对第m个子孔径瞬时斜距模型进行泰勒级数展开并保留至三次项，得到第m个子孔径近似的瞬时斜距模型。步骤3、利用第m个子孔径近似的瞬时斜距模型和第m个子孔径的距离频域回波数据，建立第m个子孔径的距离频域回波数据模型。步骤4、构造第m个子孔径的频域距离弯曲校正函数，利用第m个子孔径的频域距离弯曲校正函数对第m个子孔径的距离频域回波数据进行距离弯曲校正，得到第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据。步骤5、对第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据进行霍夫变换，得到第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值，利用第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值构造第m个子孔径的线性距离走动校正函数，利用第m个子孔径的线性距离走动校正函数对第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据进行线性距离走动校正，得到第m个子孔径的线性距离走动校正回波数据。步骤6、计算第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离，利用第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离构造第m个子孔径的三阶相位校正函数，利用第m个子孔径的三阶相位校正函数对第m个子孔径的线性距离走动校正回波数据进行三阶相位校正，得到第m个子孔径的三阶相位校正回波数据。步骤7、对第m个子孔径的三阶相位校正回波数据进行分数阶傅里叶变换，得到第m个子孔径的多普勒调频率的估计值。步骤8、利用第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离计算第m个子孔径回波数据的参数估计值，利用第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值、第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒调频率和第m个子孔径回波数据的参数估计值，构建第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率模型，根据瞬时多普勒频率模型得到第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率向量，将全部M个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率向量依次排列得到全孔径瞬时多普勒频率向量。步骤9、根据全孔径瞬时斜距模型，推导得到近似全孔径瞬时斜距模型；利用近似全孔径瞬时斜距模型得到全孔径瞬时多普勒频率模型，根据全孔径瞬时多普勒频率模型得到全孔径瞬时多普勒频率向量模型；利用全孔径瞬时多普勒向量和全孔径瞬时多普勒频率向量模型，计算全孔径瞬时多普勒频率向量模型的待定系数，利用待定系数构造距离徙动和方位相位校正函数，利用构造距离徙动和方位相位校正函数对运动目标的原始回波数据进行距离徙动和方位相位校正，得到距离徙动和方位相位校正回波数据，对距离徙动和方位相位校正回波数据依次进行距离维傅里叶逆变换和方位维傅里叶变换，得到运动目标在距离多普勒域的成像数据。本专利技术基于全孔径CPI内目标机动运动，子孔径CPI内目标匀速运动的假设，将原始回波数据分为子孔径回波数据并建立全孔径瞬时斜距模型与子孔径距离频域回波数据模型，进一步建立子孔径斜距模型；将子孔径回波数据和子孔径斜距模型代入子孔径距离频域回波数据模型，估计子孔径回波数据参数，利用估计的子孔径回波数据参数计算全孔径瞬时多普勒频率向量；利用全孔径瞬时斜距模型得到全孔径瞬时多普勒频率向量模型，将全孔径瞬时多普勒频率向量代入全孔径瞬时多普勒频率向量模型，求解待定系数，进而利用待定系数校正运动目标全孔径原始回波数据的高阶相位误差，从而大大提高了大斜视SAR成像模式下运动目标的聚焦水平，获得质量更好的成像图像，有利于后续基于SAR图像的运动目标识别和分类。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例提供的基于子孔径参数估计的SAR地面运动目标成像方法流程示意图；图2为全孔径SAR地面运动目标成像的几何模型示意图；图3为现有的方法获得的运动目标在距离多普勒域的成像数据和本专利技术实施例提供的方法获得的运动目标在距离多普勒域的成像数据，其中(a)为本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.基于子孔径参数估计的SAR地面运动目标成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取运动目标的原始回波数据ssF，利用预设的子孔径个数M，将全孔径相干处理间隔CPI等分为M个子孔径CPI，将原始回波数据在第m个子孔径CPI内的回波数据记为第m个子孔径回波数据，并对第m个子孔径回波数据依次进行去载频、距离向匹配滤波和距离向傅里叶变换，得到第m个子孔径的距离频域回波数据SsFm，m分别取1到M之间的所有整数；步骤2、建立全孔径SAR地面运动目标成像的几何模型和全孔径瞬时斜距模型，对于每个子孔径，基于全孔径CPI内目标机动运动，各子孔径CPI内目标匀速运动的假设，利用全孔径瞬时斜距模型，得到第m个子孔径的瞬时斜距模型，对第m个子孔径瞬时斜距模型进行泰勒级数展开并保留至三次项，得到第m个子孔径近似的瞬时斜距模型；步骤3、利用所述第m个子孔径近似的瞬时斜距模型和所述第m个子孔径的距离频域回波数据，建立第m个子孔径的距离频域回波数据模型；步骤4、构造第m个子孔径的频域距离弯曲校正函数，利用第m个子孔径的频域距离弯曲校正函数对所述第m个子孔径的距离频域回波数据进行距离弯曲校正，得到第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据；步骤5、对第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据进行霍夫变换，得到第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值，利用第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值构造第m个子孔径的线性距离走动校正函数，利用第m个子孔径的线性距离走动校正函数对所述第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据进行线性距离走动校正，得到第m个子孔径的线性距离走动校正回波数据；步骤6、计算第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离，利用第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离构造第m个子孔径的三阶相位校正函数，利用第m个子孔径的三阶相位校正函数对所述第m个子孔径的线性距离走动校正回波数据进行三阶相位校正，得到第m个子孔径的三阶相位校正回波数据；步骤7、对第m个子孔径的三阶相位校正回波数据进行分数阶傅里叶变换，得到第m个子孔径的多普勒调频率的估计值；步骤8、利用第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离计算第m个子孔径回波数据的参数估计值，利用第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值、第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒调频率和第m个子孔径回波数据的参数估计值，构建第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率模型，根据瞬时多普勒频率模型得到第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率向量，将全部M个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率向量依次排列得到全孔径瞬时多普勒频率向量；步骤9、根据全孔径瞬时斜距模型，推导得到近似全孔径瞬时斜距模型；利用所述近似全孔径瞬时斜距模型得到全孔径瞬时多普勒频率模型，根据全孔径瞬时多普勒频率模型得到全孔径瞬时多普勒频率向量模型；利用全孔径瞬时多普勒向量和全孔径瞬时多普勒频率向量模型，计算所述全孔径瞬时多普勒频率向量模型的待定系数，利用所述待定系数构造距离徙动和方位相位校正函数，利用所述构造距离徙动和方位相位校正函数对运动目标的原始回波数据进行距离徙动和方位相位校正，得到距离徙动和方位相位校正回波数据，对距离徙动和方位相位校正回波数据依次进行距离维傅里叶逆变换和方位维傅里叶变换，得到运动目标在距离多普勒域的成像数据。...

【技术特征摘要】
1.基于子孔径参数估计的SAR地面运动目标成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、获取运动目标的原始回波数据ssF，利用预设的子孔径个数M，将全孔径相干处理间隔CPI等分为M个子孔径CPI，将原始回波数据在第m个子孔径CPI内的回波数据记为第m个子孔径回波数据，并对第m个子孔径回波数据依次进行去载频、距离向匹配滤波和距离向傅里叶变换，得到第m个子孔径的距离频域回波数据SsFm，m分别取1到M之间的所有整数；步骤2、建立全孔径SAR地面运动目标成像的几何模型和全孔径瞬时斜距模型，对于每个子孔径，基于全孔径CPI内目标机动运动，各子孔径CPI内目标匀速运动的假设，利用全孔径瞬时斜距模型，得到第m个子孔径的瞬时斜距模型，对第m个子孔径瞬时斜距模型进行泰勒级数展开并保留至三次项，得到第m个子孔径近似的瞬时斜距模型；步骤3、利用所述第m个子孔径近似的瞬时斜距模型和所述第m个子孔径的距离频域回波数据，建立第m个子孔径的距离频域回波数据模型；步骤4、构造第m个子孔径的频域距离弯曲校正函数，利用第m个子孔径的频域距离弯曲校正函数对所述第m个子孔径的距离频域回波数据进行距离弯曲校正，得到第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据；步骤5、对第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据进行霍夫变换，得到第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值，利用第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值构造第m个子孔径的线性距离走动校正函数，利用第m个子孔径的线性距离走动校正函数对所述第m个子孔径的距离弯曲校正回波数据进行线性距离走动校正，得到第m个子孔径的线性距离走动校正回波数据；步骤6、计算第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离，利用第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离构造第m个子孔径的三阶相位校正函数，利用第m个子孔径的三阶相位校正函数对所述第m个子孔径的线性距离走动校正回波数据进行三阶相位校正，得到第m个子孔径的三阶相位校正回波数据；步骤7、对第m个子孔径的三阶相位校正回波数据进行分数阶傅里叶变换，得到第m个子孔径的多普勒调频率的估计值；步骤8、利用第m个子孔径回波数据的运动目标虚拟距离计算第m个子孔径回波数据的参数估计值，利用第m个子孔径回波数据的包络斜率的估计值、第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒调频率和第m个子孔径回波数据的参数估计值，构建第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率模型，根据瞬时多普勒频率模型得到第m个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率向量，将全部M个子孔径回波数据的瞬时多普勒频率向量依次排列得到全孔径瞬时多普勒频率向量；步骤9、根据全孔径瞬时斜距模型，推导得到近似全孔径瞬时斜距模型；利用所述近似全孔径瞬时斜距模型得到全孔径瞬时多普勒频率模型，根据全孔径瞬时多普勒频率模型得到全孔径瞬时多普勒频率向量模型；利用全孔径瞬时多普勒向量和全孔径瞬时多普勒频率向量模型，计算所述全孔径瞬时多普勒频率向量模型的待定系数，利用所述待定系数构造距离徙动和方位相位校正函数，利用所述构造距离徙动和方位相位校正函数对运动目标的原始回波数据进行距离徙动和方位相位校正，得到距离徙动和方位相位校正回波数据，对距离徙动和方位相位校正回波数据依次进行距离维傅里叶逆变换和方位维傅里叶变换，得到运动目标在距离多普勒域的成像数据。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤2中：所述全孔径SAR地面运动目标成像的几何模型，具体为：雷达平台的航向为空间坐标系中的X轴方向，全孔径长度为L，运动目标为P，P在空间坐标系中XOZ平面的运动速度为vT，孔径中心至场景中心的斜距为r0；所述全孔径瞬时斜距模型为：其中，vx为全孔径CPI内地面运动目标沿雷达航向的速度，vz为全孔径CPI内地面运动目标沿垂直雷达航向的速度，vx和vz的矢量和为vT，vT为地面运动目标的运动速度，ta为方位慢时间，tc为子孔径中心时刻，v为雷达平台的航行速度，θfsq为雷达天线接收波束中心斜视角为，θ为θfsq的余角；第m个子孔径瞬时斜距模型为：其中，vxm为第m个子孔径CPI内运动目标沿雷达航向的速度，vzm为第m个子孔径CPI内运动目标沿垂直雷达航向的速度，tam为第m个子孔径的方位慢时间，Ta为全孔径CPI，L为全孔径长度，为第m个子孔径CPI；所述第m个子孔径近似的瞬时斜距模型为：其中，ckim为第m个子孔径第k个泰勒系数。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述步骤3中：所述第m...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘峥，宋超，冉磊，谢荣，
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