双基地PFA运动目标参数估计和成像方法技术

本发明专利技术提出了一种双基地PFA运动目标参数估计和成像方法，包括以下步骤：S1：构建SAR数据采集几何模型，以分析得到回波信号，将该回波信号变化为双基地PFA动目标回波信号，并对其距离项重采样处理；S2：进行双基地PFA运动目标图像误差谱推导及分析；S3：进行基于图像对比度准则的动目标参数估计；S4：利用估计后的参数，来进行重聚焦成像，得到动目标成像，本发明专利技术使用了参数搜索的方法对运动参数进行估计并对由于运动参数的引入对方位散焦进行补偿；从而提高了正确性和参数搜索的有效性。

Parameter estimation and imaging method of bistatic PFA moving target

【技术实现步骤摘要】
双基地PFA运动目标参数估计和成像方法
本专利技术涉及一种成像方法，具体的说是一种运动成像方法，属于图像处理

技术介绍
经过多年的发展和研究。合成孔径雷达对地面静止目标的研究已趋于完善和成熟，随着社会发展的需要，对地面运动目标的研究是近年来的一个研究热点，在军事领域，SAR运动目标研究在战场地形勘探、地面移动目标探测和监视发挥着重要作用，为战场指挥提供有力帮助。在民用领域，SAR运动目标研究道路车流信息，海面船舶航行，水文和海文信息，冰川和洋流运动等方面发挥着重要作用。SAR运动目标研究包括对地面移动物体的检测、运动参数估计、以及成像。与静止目标相比，运动参数的引入导致雷达回波数据中相位信息的变化，对这种变化的分析也是目标的检测和参数估计的一种有效途径。基于上述方法，许多专家提出了前置滤波算法和反射特性位移法等经典方法。与此同时由于运动参数的引入也带来了RCM和方位散焦，如果要对RCM和方位散焦进行补偿，需要精确知道GMT的运动参数，但是实际情况下并不知道GMT的运动参数。因此需要对运动参数进行估计。运动参数主要指距离向速度和方位向速度。随着距离向速度的增大，当多普勒中心频率超过PRF(FulseRepetitionFrequency)/2时，会发生多普勒模糊，所以距离向速度的估计可以转化为对模糊后的多普勒频率中心的估计。方位向速度对信号的多普勒调频率有直接影响，所以可以通过求取GMT回波信号的多普勒调频率来估计方位向速度。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种双基地PFA运动目标参数估计和成像方法，其具有准确且高效的优点。本专利技术的目的是这样实现的：一种双基地PFA运动目标参数估计和成像方法，包括以下步骤：S1：构建SAR数据采集几何模型，以分析得到回波信号，将该回波信号变化为双基地PFA动目标回波信号，并对其距离项重采样处理；S2：进行双基地PFA运动目标图像误差谱推导及分析；S3：进行基于图像对比度准则的动目标参数估计；S4：利用估计后的参数，来进行重聚焦成像，得到动目标成像。作为本专利技术的进一步限定：步骤S1中回波信号如下所示：其中表示接收机到点目标的瞬时距离，表示发射机到点目标的瞬时距离，τ是快时间变量，t是方位时间变量，tc表示孔径中心时间，wr和wa分别表示距离向和方位向包络；雷达发射调频斜率为k，载波频率为fc的线性调频信号，发射机的孔径中心时刻位置为(xt0,yt0,zto)沿着Y轴以速度vt飞行，接收机的孔径中心时刻位置为(xr0,yr0,zro)沿着与Y轴夹角θs以速度vr飞行，坐标系的原点O为成像场景中心，存在一运动目标P(xm,ym,0)以速度(vx,vy)在xoy平面运动；和θr为接射机的方位角和俯仰角，和θt为发射机的方位角和俯仰角。经过双基地PFA算法后得到双基地PFA动目标回波信号为Sre(kr,t)≈wr(kr)·wa(t)·exp{j[x′mk′x(kr,t)+y′mk′y(kr,t)]}其中kx(kr,t)为距离向空间频率，ky(kr,t)为方位向空间频率对其距离向重采样后的信号为y(fr,t)＝Sre(k″x(kc,t)-k′x(kc,t)+δrfr,t)，其中采样点由位置k′x变为位置k″x，fs为信号采样频率，δr为距离向重采样变换因子，fr为距离向频率作为本专利技术的进一步限定：步骤S2包括：为了得到运动目标图像误差谱，将相位项φ(kr,t)＝H1(k′x,k′y)·H2(t)其中沿着双基地SAR的距离向和方位向展开；得到方位向几何定位和一次项系数有关，方位向散焦和二次以及高次项有关，其中主要二次项有关。作为本专利技术的进一步限定：步骤S3中描述的相位项展开后的相位表达式为其中常数项a00对聚焦没有影响，一次项a10决定了运动点目标在图像中的距离向位置，一次项a01决定了运动点目标在图像中的方位向位置，二次项系数在图像中决定了图像散焦展宽，其中二次项a20为零，仅有一个非零二次项a02，可以得知在旋转后的坐标系中散焦现象表现为方位向散焦。作为本专利技术的进一步限定：步骤S3包括：S31:构造一个方位向滤波器来对运动参数对双基地PFA造成的方位向散焦进行补偿，双基地PFA图像变换到方位向空间频率域乘以该滤波器，然后再转回到图像域，即可以实现重新聚焦；S32:基于图像最大对比度准则，采用速度搜索的方法，来对运动参数进行估计。作为本专利技术的进一步限定：步骤S31中构建的一维滤波器为：作为本专利技术的进一步限定：步骤S32具体实施方法为在基于子图像分割的基础上，分为以下步骤进行参数搜索：(1)设置两组均匀间隔的vxi和vyi代表第i个距离向速度和方位向速度；(2)分别用vxi和vyi计算出滤波器的参数；(3)对分割后的子图像进行滤波操作，然后转换到图像域进行成像；(4)计算每一组vxi和vyi所对应的图像最大对比度；(5)重复步骤(2)-步骤(4)，信号最强幅度对应的那一组vxi和vyi即为估计出的运动参数；通过上述步骤即可以准确的估计出GMT运动参数。作为本专利技术的进一步限定：步骤S4具体为：通过仿真来验证参数搜索方法的有效性和准确性，并使用估计后的参数，来进行重聚焦成像。本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：对双基地PFA关于GMT的图像误差谱进行推导和分析，解决了要知道GMT的运动信息场景下目标进行聚焦成像的方法；为了解决计算复杂性使用了参数搜索的方法对运动参数进行估计并对由于运动参数的引入对方位散焦进行补偿；从而提高了正确性和参数搜索的有效性。附图说明图1是本专利技术双基地PFA运动目标参数估计和成像方法流程图。图2是双基地聚束SAR信号采样几何模型。图3是斜视情况下滤波前后图像。图4是正侧视情况下滤波前后图像。图5是单点滤波前后图像。图6是单点滤波前后方位向剖面图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的技术方案做进一步的详细说明：为了使本专利技术的目的，技术方案和优点更加清晰，下面结合附图和具体实例对本专利技术进行详细描述。请参图1所示，本专利技术提供了一种双基地PFA运动目标参数估计和成像方法，其包括以下几个步骤：S1：构建SAR数据采集几何模型，以分析得到回波信号，，将该回波信号变化为双基地PFA动目标回波信号；；S2：双基地PFA运动目标图像误差谱推导及分析；S3：基于图像对比度准则的动目标参数估计；S4：利用估计后的参数，来进行重聚焦成像，得到动目标成像；其中，步骤S1的具体包括：双基地聚束SAR信号采集几何模型，请参考图2所示，假设发射机和接收机均沿着xoy平面恒定高度匀速直线飞行，发射机的孔径中心时刻位置为(xt0,yt0,zto)沿着Y轴以速度vt飞行，本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种双基地PFA运动目标参数估计和成像方法，其特征在于：包括以下步骤：/nS1：构建SAR数据采集几何模型，以分析得到回波信号，将该回波信号变化为双基地PFA动目标回波信号，并对其距离项重采样处理；/nS2：进行双基地PFA运动目标图像误差谱推导及分析；/nS3：进行基于图像对比度准则的动目标参数估计；/nS4：利用估计后的参数，来进行重聚焦成像，得到动目标成像。/n

【技术特征摘要】
1.一种双基地PFA运动目标参数估计和成像方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1：构建SAR数据采集几何模型，以分析得到回波信号，将该回波信号变化为双基地PFA动目标回波信号，并对其距离项重采样处理；
S2：进行双基地PFA运动目标图像误差谱推导及分析；
S3：进行基于图像对比度准则的动目标参数估计；
S4：利用估计后的参数，来进行重聚焦成像，得到动目标成像。


2.根据权利要求1所述的双基地PFA运动目标参数估计和成像方法，其特征在于：步骤S1中回波信号如下所示：



其中



表示接收机到点目标的瞬时距离，



表示发射机到点目标的瞬时距离，τ是快时间变量，t是方位时间变量，tc表示孔径中心时间，wr和wa分别表示距离向和方位向包络；
雷达发射调频斜率为k，载波频率为fc的线性调频信号，发射机的孔径中心时刻位置为(xt0,yt0,zto)沿着Y轴以速度vt飞行，接收机的孔径中心时刻位置为(xr0,yr0,zro)沿着与Y轴夹角θs以速度vr飞行，坐标系的原点O为成像场景中心，存在一运动目标P(xm,ym,0)以速度(vx,vy)在xoy平面运动；和θr为接射机的方位角和俯仰角，和θt为发射机的方位角和俯仰角；
经过双基地PFA算法后得到双基地PFA动目标回波信号为
Sre(kr,t)≈wr(kr)·wa(t)·exp{j[x′mk′x(kr,t)+y′mk′y(kr,t)]}
其中kx(kr,t)为距离向空间频率，ky(kr,t)为方位向空间频率对其距离向重采样后的信号为y(fr,t)＝Sre(k″x(kc,t)-k′x(kc,t)+δrfr,t)，其中采样点由位置k′x变为位置k″x，fs为信号采样频率，δr为距离向重采样变换因子，fr为距离向频率。


3.根据权利要求1所述的双基地PFA运动目标参数估计和成像方法，其特征在于：步骤S2包括：为了得到运动目标图像误差谱，将相位项
φ(kr,t)＝H1(k′x,k′y)·H2(t)
其中

【专利技术属性】
技术研发人员：王昕，池深深，侯正伟，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏;32