单通道SAR运动舰船二维速度估计与重定位方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术提供了一种单通道SAR运动舰船二维速度估计与重定位方法和装置，涉及合成孔径SAR载荷平台成像技术领域。该方法包括：获取并修正单通道SAR舰船图像，得到单通道SAR舰船图像中舰船的方位向速度和单通道SAR舰船图像的聚焦图像；基于聚焦图像中舰船的散射能量分布检测舰船的航向，得到舰船的实际运动矢量方向；基于实际运动矢量方向和舰船的方位向速度，计算舰船的距离向速度；基于距离向速度计算舰船在方位向的偏移量，以重新定位舰船；以及合成距离向速度和方位向速度，得到舰船的实际速度矢量。该方法具有估计精度高、鲁棒性强、无需先验参数的优点。无需先验参数的优点。无需先验参数的优点。

【技术实现步骤摘要】
单通道SAR运动舰船二维速度估计与重定位方法及装置


[0001]本专利技术涉及合成孔径SAR载荷平台成像
，尤其涉及一种单通道SAR运动舰船二维速度估计与重定位方法、装置、电子设备及介质。

技术介绍

[0002]高分辨率合成孔径SAR载荷平台（synthetic aperture radar，SAR）的全天时和全天候成像能力，使其在海洋监视方面具有其它手段无法替代的优势。由于海上舰船往往处于非合作的未知运动状态，传统SAR成像方法聚焦的高分辨率图像结果中，运动目标一般呈现出方位向散焦、方位错位、运动信息难获取的问题，这对海上目标细节的辨认、几何定位和航迹判断带来不便。
[0003]针对海上舰船运动速度的估计，传统的方法是基于沿航迹向布设多个通道，通过沿航迹干涉（along track interference，ATI）或偏置相位中心（displaced phase center antenna，DPCA）得出距离向一个方向的速度[Wang C , Liao G , Zhang Q . First Spaceborne SAR
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GMTI Experimental Results for the Chinese Gaofen
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3 Dual
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Channel SAR Sensor[J]. Sensors, 2017, 17(12):2683]。ATI方法能较好的估计出运动目标的距离向速度。基于单通道的运动速度估计，一般可以通过自聚焦处理的方法估计出方位向速度，而无法对距离向速度做出估计，也就无法获得舰船的速度矢量及重定位参数。现有单通道SAR运动舰船速度估计方法，一般是先估计方位向速度，之后通过多普勒中心估计、舰船尾迹等方法实现对距离向速度的估计，二者矢量合成得到舰船实际速度。在面向实际应用中，这些方法存在一定的问题。
[0004]基于ATI与DPCA的方法，在大多数情况下能估计出目标的距离向速度，并进行重定位。但该方法要求SAR载荷具有多通道数据采集能力，至少需要沿方位向两个独立通道，这增加了载荷硬件系统的复杂度和研制成本。针对大量的单通道SAR系统，该方法无法使用。基于单通道SAR多普勒中心估计的方法。多普勒中心频率的估计往往需要大量均匀场景图像作为输入，才能估计得到较精确多普勒中心，这对于由大量杂乱强散射体构成的舰船图像，显然是不满足场景均匀和场景足够大的条件，因而多普勒中心估计的精度无法保证。基于舰船尾迹的方法，要求海面能发现明显的开尔文尾迹，并进行精确的检测。在实际数据中，面临着尾迹不存在或不明显导致的检测困难、检测计算量大、参数估计误差大、难以自动化流程实现等问题。

技术实现思路

[0005]鉴于上述问题，本专利技术提供了一种单通道SAR运动舰船二维速度估计与重定位方法，以解决上述技术问题。
[0006]本专利技术的一个方面提供了一种单通道SAR运动舰船二维速度估计与重定位方法，包括：获取并修正单通道SAR舰船图像，得到所述单通道SAR舰船图像中舰船的方位向速度和所述单通道SAR舰船图像的聚焦图像；基于所述聚焦图像中舰船的散射能量分布检测所
述舰船的航向，得到所述舰船的实际运动矢量方向；基于所述实际运动矢量方向和所述舰船的方位向速度，计算所述舰船的距离向速度；基于所述距离向速度计算所述舰船在方位向的偏移量，以重新定位所述舰船；以及合成所述距离向速度和所述方位向速度，得到所述舰船的实际速度矢量。
[0007]可选地，所述获取并修正单通道SAR舰船图像，得到所述单通道SAR舰船图像中舰船的方位向速度和所述单通道SAR舰船图像的聚焦图像包括：获取所述舰船的单通道SAR舰船图像；基于所述单通道SAR舰船图像的信号构建所述单通道SAR舰船图像中舰船的距离
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多普勒域信号模型，提取所述舰船在方位向的误差相位；基于所述误差相位，计算所述舰船的方位向速度；基于所述误差相位，对所述单通道SAR舰船图像进行重聚焦，得到所述聚焦图像。
[0008]可选地，所述获取所述舰船的单通道SAR舰船图像包括：获取SAR载荷平台探测所述舰船得到的SAR回波传统成像，将所述SAR回波传统成像处理为单视复数图像；设置二维窗截取所述单视复数图像中的舰船图像，得到所述单通道SAR舰船图像。
[0009]可选地，所述基于所述单通道SAR舰船图像的信号构建所述单通道SAR舰船图像中舰船的距离
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多普勒域信号模型，提取所述舰船在方位向的误差相位包括：构建所述单通道SAR舰船图像中舰船的距离
‑
多普勒域信号模型；对所述舰船距离
‑
多普勒域信号模型进行相干累积处理，得到所述舰船的相干累积信号；基于所述舰船的相干累积信号提取所述舰船在方位向的误差相位。
[0010]可选地，所述舰船的距离
‑
多普勒域信号模型的函数表示包括：；；其中，S
m
(t
r
，f
a
)表示所述舰船的距离
‑
多普勒域信号模型的函数， sinc(
∙
)表示矩形函数的傅里叶变换，B
r
表示SAR载荷平台距离向信号带宽，t
r
表示距离向时间，W
a
表示方位多普勒频谱窗，f
a
表示多普勒频率，f
ac
表示所述舰船的多普勒频率中心，R0表示所述舰船与SAR载荷平台之间的最近斜距，λ表示SAR载荷平台波长，c表示光速，Y0表示所述舰船的起始位置在距离向的坐标，V
eff
=V
s
‑
v
x
，V
s
表示SAR载荷平台速度，v
x
表示所述舰船的方位向速度，v
y
表示所述舰船的距离向速度，V
i
表示V
s
或V
eff
。
[0011]可选地，所述对所述舰船距离
‑
多普勒域信号模型进行相干累积处理，得到所述舰船的相干累积信号包括：对所述舰船距离
‑
多普勒域信号模型进行傅里叶变换，得到所述舰船的相干累积信号，对所述舰船距离
‑
多普勒域信号模型进行傅里叶变换的计算公式为：
；其中，S
m
(t
r
，f
a
)表示所述舰船的距离
‑
多普勒域信号模型的函数，sinc(
∙
)表示矩形函数的傅里叶变换，t
r
表示距离向时间，t
a
表示方位向时间，T
syn
(
∙
)表示合成孔径时间长度，f
a
表示多普勒频率，R0表示所述舰船与SAR载荷平台之间的最近斜距，λ表示SAR载荷平台波长，V
eff
=V
s
‑
v
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种单通道SAR运动舰船二维速度估计与重定位方法，其特征在于，包括：获取并修正单通道SAR舰船图像，得到所述单通道SAR舰船图像中舰船的方位向速度和所述单通道SAR舰船图像的聚焦图像；基于所述聚焦图像中舰船的散射能量分布检测所述舰船的航向，得到所述舰船的实际运动矢量方向；基于所述实际运动矢量方向和所述舰船的方位向速度，计算所述舰船的距离向速度；基于所述距离向速度计算所述舰船在方位向的偏移量，以重新定位所述舰船；以及合成所述距离向速度和所述方位向速度，得到所述舰船的实际速度矢量。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取并修正单通道SAR舰船图像，得到所述单通道SAR舰船图像中舰船的方位向速度和所述单通道SAR舰船图像的聚焦图像包括：获取所述舰船的单通道SAR舰船图像；基于所述单通道SAR舰船图像的信号构建所述单通道SAR舰船图像中舰船的距离
‑
多普勒域信号模型，提取所述舰船在方位向的误差相位；基于所述误差相位，计算所述舰船的方位向速度；基于所述误差相位，对所述单通道SAR舰船图像进行重聚焦，得到所述聚焦图像。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述获取所述舰船的单通道SAR舰船图像包括：获取SAR载荷平台探测所述舰船得到的SAR回波传统成像，将所述SAR回波传统成像处理为单视复数图像；设置二维窗截取所述单视复数图像中的舰船图像，得到所述单通道SAR舰船图像。4.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述基于所述单通道SAR舰船图像的信号构建所述单通道SAR舰船图像中舰船的距离
‑
多普勒域信号模型，提取所述舰船在方位向的误差相位包括：构建所述单通道SAR舰船图像中舰船的距离
‑
多普勒域信号模型；对所述舰船距离
‑
多普勒域信号模型进行相干累积处理，得到所述舰船的相干累积信号；基于所述舰船的相干累积信号提取所述舰船在方位向的误差相位。5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述舰船的距离
‑
多普勒域信号模型的函数表示包括：；
；其中，S
m
(t
r
，f
a
)表示所述舰船的距离
‑
多普勒域信号模型的函数， sinc(
∙
)表示矩形函数的傅里叶变换，B
r
表示SAR载荷平台距离向信号带宽，t
r
表示距离向时间，W
a
表示方位多普勒频谱窗，f
a
表示多普勒频率，f
ac
表示所述舰船的多普勒频率中心，R0表示所述舰船与SAR载荷平台之间的最近斜距，λ表示SAR载荷平台波长，c表示光速，Y0表示所述舰船的起始位置在距离向的坐标，V
eff
=V
s
‑
v
x
，V
s
表示SAR载荷平台速度，v
x
表示所述舰船的方位向速度，v
y
表示所述舰船的距离向速度，V
i
表示V
s
或V
eff
。6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李光祚，韩冰，孟大地，胡玉新，方素娟，洪文，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：