一种合成孔径雷达运动目标成像方法技术

本发明专利技术涉及一种合成孔径雷达运动目标成像的方法，包括：１）对每一个脉冲采样，完成距离压缩；２）将每个相干处理间隔中的脉冲采样通过ＦＦＴ进入到方位频域，将每个频率通道的输出经恒虚警处理判断目标有无，并得到瞬态幅度、斜距和多普勒频移作为运动目标的属性集；３）“质心”凝聚；４）质心点迹跟踪；５）得到目标的多普勒参数和距离徙动序列；６）校正距离徙动；７）方位聚集；８）正确标示聚焦的运动目标像。本发明专利技术基于边检测，边跟踪，边成像的方案，可以方便地利用检测点迹信息实现运动目标数据块在整个数据块中的分割，还可以实现多运动目标的分别检测、跟踪和成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)信号处理方法，特别是涉及一种SAR运动目标成像的方法。
技术介绍
合成孔径雷达(SAR)具有全天时、全天候、穿透性等优良特性，在导航、遥感、测绘、侦察、警戒、火控等民用和军事领域有着广泛的应用。传统的SAR只能对大面积静态场景成像，不具备对运动目标的检测成像能力。与之相反，传统的探测雷达只能检测运动目标，却不能提供背景的信息。因此，同时获取静止场景和对运动目标成像已成为对新体制多模态SAR提出的一个迫切需求。为此，SAR领域已经提出了许多行之有效的运动目标检测方法，如利用运动目标在短相干处理间隔(Coherent Processing Interval简称CPI)中的瞬态多普勒效应，单通道和多通道的SAR可分别采用两种技术对运动目标进行检测1)运动目标显示(Motive Target Indication，简称MTI)技术，如文献1Raney R.K.‘Synthetic aperture imaging radar and moving target’.，IEEE Trans.AES，1971，7，(3)，pp.499-505；和文献2Schleher D.C.‘MTI and pulsedDoppler radar’，Artech House Inc.，London，1991中公开的方法；2)空时自适应处理(STAP)技术，如文献3Ender J.H.G.‘Space-time processing formultichannel synthetic aperture radar’.，Elect.& Comm.Eng.Journal，1999，11，(1)，pp 29-38中公开的技术。在长相干处理间隔(CPI)中，SAR可利用方位信号一阶、二阶或高阶多普勒系数的差异，在原始数据域或子图像域实现运动目标的检测，如文献4Moreira J.R.，Keydel W.‘A new MTI-SAR approaches using the reflectivity displacementmethod’.IEEE Trans.GRS，1995，33，(5)，pp.1238-1244中公开的方法。然而，目前的多模态SAR大都只提供运动目标的“检测点迹”，并不能获取运动目标的“聚焦像”。由于目标的非合作运动，其直接的SAR成像结果在方位上是散焦的，并偏离了正确的方位位置。另外，由于高分辨率SAR中运动目标的“距离徙动”现象不能忽略，运动目标图像在距离上也存在严重变形。显然，直接利用SAR对运动目标进行判读和识别是很困难的。因此，在目标检测基础上，如何获取运动目标的“聚焦像”是一个正在深入研究的技术，进而关系到如何对运动目标正确识别的技术。目前，在SAR运动目标成像领域，主要采用“点目标”模型来模拟运动目标，并忽略目标“距离徙动”的影响。实际上，随着SAR分辨率的提高，真实的运动目标，如舰船、坦克、军车等在距离和方位上都分布在若干个分辨单元中的。并且在合成孔径时间(即能够探测到目标的时间)内，“距离徙动”现象也是非常明显的。更为严重的是，在SAR观测运动目标期间，由于地面的起伏和目标不规则变化的运动矢量，目标的信号模型采用常规的“Chirp”信号模型在许多情形下是不合适的。在SAR领域已有若干运动目标成像方法，如利用混合SAR/ISAR对运动目标成像，如文献5J.L.Walker，“Range-Doppler imaging of rotating objects，”IEEETrans.Aerosp.Electron.Syst.，vol.16，pp.23~52，No.1，Jan.1980；和文献6许稼，彭应宁，万群等，“基于混合SAR/ISAR的运动目标成像和识别研究，”《第八届全国雷达年会论文集》，合肥，2002，11中公开的方法，即对SAR采集的目标数据，运用ISAR成像方法实现对运动目标的成像。这种方式可以获取平静水面背景中舰船目标的“聚焦像”，但是其要求有足够的信杂比，否则ISAR的运动补偿(包络配准和自聚焦)性能，以及最后的成像效果都会急剧下降。并且混合SAR/ISAR方法还存在数据分割困难，难以实现多目标成像等诸多缺点。
技术实现思路
本专利技术的目的是克服现有技术的上述不足，提供一种可以降低对信杂比的要求、方便地进行数据分割、能实现多目标成像，能在正确位置上对运动目标成“聚焦像”的方法。为了达到上述目的，本专利技术采取的技术方案如下如图1所示，给出一部侧视条带SAR的示意图，SAR安装在作为平台的飞行器上；平台具有沿x轴方向的运动速度Vs；Ts是对于一个特定目标的合成孔径观测时间；x和r是SAR的方位和距离；τ代表快变时间，t代表慢变时间，它们分别是r和x上的采样时间。把运动的刚性目标看作一质点，如图1所示，r0代表当目标在平台正侧时的斜距，Vx和Vr则分别代表运动目标沿平台航线和径向的速度。对逐个脉冲的距离压缩后，运动目标的二维回波信号如下式所示s(τ,t)=a(t)δ(τ-2R(t)c)exp(-j4πλR(t)),-Ts/2<t<Ts/2---(1)]]>其中， 是delta函数，a(t)由SAR波束方向图对信号带来的幅度调制，λ代表载波波长。当r0＞＞VsTs时，R(t)可由下式表示R(t)=(r0+Vrt)2+(Vst-Vxt)2≈r0+a1t+a2t2/2---(2)]]>其中，多普勒参数a1＝Vr，a2＝(Vs-Vx)2/r0。，如图2所示，包括如下步骤1)对逐个脉冲采样，完成距离压缩雷达接收机接收每一个发射脉冲对应的回波数据，通过距离向的匹配滤波，获取距离向的脉冲压缩数据；2)对每个CPI做检测将一个相干处理间隔(CPI)中的脉冲采样通过FFT(FastFourier Transform Algorithm，快速傅立叶变换算法，简称FFT)进入到方位频域，通过对任一频率通道的输出与经单元平均(Cell Average，简称CA)的恒虚警(Constant false alarm rate，简称CFAR)处理确定的门限进行比较以确定目标的有无；并将同时得到的瞬态幅度、斜距和多普勒频移作为运动目标的属性集；对每个CPI中的脉冲采样进行相同的处理；通过对Ni个CPI的处理，以上运动目标有如下的属性集zi＝{zij}，i＝1，…，Ni； (3)其中zij＝T，T代表矢量转置，αij，rij，fij分别代表目标的瞬态幅度、斜距、多普勒频移，j＝1，…Nij，Nij是第i个CPI中目标占据的距离单元数；3)“质心”凝聚在每一个CPI中，由目标占据的所有距离单元来确定目标在该CPI中的质心，根据“质心”的定义，可得目标“质心”的瞬态斜距和瞬态斜距变化率，如下式所示ric=(Σj=1Nijαijrij)/Σj=1Nijαij;r·ic=&a本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种合成孔径雷达运动目标成像方法，包括如下步骤：１）对逐个脉冲采样，完成距离压缩：雷达接收机接收每一个发射脉冲对应的回波数据，通过距离向的匹配滤波，获取距离向的脉冲压缩数据；２）对每个相干处理间隔做检测：将一个相干处理间隔中的脉冲采样通过ＦＦＴ进入到方位频域，通过对任一频率通道的输出与经单元平均的恒虚警处理确定的门限进行比较以确定目标的有无；进而得到瞬态幅度、斜距和多普勒频移作为运动目标的属性集；对每个相干处理间隔中的脉冲采样进行相同的处理；３）“质心”凝聚：在每一个相干处理间隔中，由目标占据的所有距离单元来确定目标在该相干处理间隔中的质心；４）做相干处理间隔之间的质心点迹跟踪；对相干处理间隔之间的质心点迹进行滤波处理；５）得到目标的多普勒参数和距离徙动序列；６）校正距离徙动：通过对脉冲采样信号逐个进行搬移实现距离徙动的校正，搬移的具体数值由上一步骤中得到的所有脉冲采样对应的离散形式的目标斜距进行内插得到；７）方位聚集：由前述步骤５）中得到的多普勒参数，设计方位滤波器，进而对质心周围各距离单元对应的方位信号进行滤波处理；８）正确标示聚焦运动目标像：由上一步骤的滤波处理结果得到目标的二维聚焦像；并且，得到目标的二维运动速度；将二维聚焦像和目标速度正确地标示在静态场景地成像结果上。...

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：许稼，彭应宁，王秀坛，李刚，李骏，张卫杰，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]