一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法技术

本发明专利技术公开了一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法，用一个SAR系统，沿方位向生成两个波束，仅需两个斜视角不同的发射接收通道，建设成本相对较低，接收两个波束的回波信号，分别成像，生成同一区域的两幅图像，分别对两幅图像进行运动目标检测，用运动目标在两个波束成像中的方位偏移的差，加上运动目标在波束间隔时间内的方位向位移，计算两幅图像中运动目标的方位差异，结合两个波束扫描同一区域的时间间隔，计算运动目标的方位向速度，可与大多数SAR成像算法及其他运动目标检测算法结合使用，适用性较广。适用性较广。适用性较广。

【技术实现步骤摘要】
一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，具体涉及一种方位速度估计技术。

技术介绍

[0002]合成孔径雷达, 简称SAR，可以在各种复杂气象条件下，对地面高精度成像，具有极高的应用价值。SAR成像原理对运动目标难以清晰成像和辨别，学者们提出了一系列关于利用SAR进行地面运动目标检测的方法。其中很重要的一部分内容，就是动目标参数估计。对运动目标的径向速度，具有较为成熟的估计方法，但动目标方位速度的估计方法，相对较少。
[0003]现有的动目标方位速度估计方法，根据原理分为两类：一是根据方位向多普勒调频率与方位向速度的关系，先估计动目标多普勒调频率，再计算方位向速度；二是基于运动目标位移差分的方法，例如，视频SAR根据运动目标移动轨迹或阴影轨迹估计动目标速度，或利用子孔径成像，形成序列图像，通过目标位移轨迹，估计运动参数。
[0004]现有方法存在精度不高、适用场景较小等问题，难以广泛应用。在多波束系统中，较长的波束扫描有时间间隔，运动目标的位移会明显的影响多波束图像中的成像位置差异。斜视条件下，运动目标的成像位置因多普勒效应等，会发生偏移。利用成像位置差异与目标二维速度的关系，可对运动目标的速度参数进行准确估计。

技术实现思路

[0005]本专利技术为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法，用单平台多波束系统，根据动目标在不同波束中成像位置的差异，估计运动目标方位向速度，为了实现上述目的，本专利技术采用了以下技术方案。
[0006]用一个SAR系统，沿方位向生成两个波束，斜视角分别为，接收两个波束的回波信号，分别成像，生成同一区域的两幅图像，分别对两幅图像进行运动目标检测，用运动目标在两个波束成像中的方位偏移的差，加上运动目标在波束间隔时间内的方位向位移，计算两幅图像中运动目标的方位差异，结合两个波束扫描同一区域的时间间隔，计算运动目标的方位向速度。
[0007]基于SAR成像算法的基本原理得到运动目标方位位置偏移公式，方位位置偏移基本不受SAR成像算法的影响，无论使用何种成像算法，运动目标均会发生相同的方位位置偏移，方位位置偏移同时受到运动目标方位向速度、距离向速度、目标距离向位置的影响，且距离向速度与距离向位置耦合在一起。
[0008]在斜视SAR系统中，和正侧视SAR系统不同，运动目标的距离向位置和方位向位置均存在明显的成像位置偏移，无法直接得到有关目标位置的任何有效信息。
[0009]通过双波束系统，对同于区域间隔一段秒级的时间分别扫描一次，得到两幅同一区域不同时刻的图像，运动目标一方面由于自身运动，其实际位置会发生变化，另一方面，也会发生成像位置偏移，综合考虑这两方面的内容，可通过运动目标在两幅图像中的方位
位置差异消除其距离向速度和距离向位置的影响。
[0010]计算两幅图像中运动目标的方位差异包括：设、分别为运动目标的方位向速度和距离向速度，为场景中心到雷达的最近距离，为波束斜视角，为目标在波束中心时刻的距离向位置，为载机平台速度，用公式计算运动目标的方位偏移，用公式和公式计算运动目标在两个波束成像中的方位偏移，用公式计算运动目标在两幅图像中的方位差异。
[0011]根据SAR成像算法的基本原理，一般会将任何目标的成像位置定位至最近距离处，斜视SAR中，由于运动目标至雷达的最近距离与目标速度有关，成像后的位置会偏离实际的最近距离，则上述斜距平方极小值即反映了运动目标成像斜距位置。
[0012]计算运动目标的方位偏移，包括：设为慢时间，为雷达飞行高度，则运动目标到雷达的实时距离，即斜距为，用公式计算斜距的最小值，其中表示当前的慢时间数值，用公式表示和远小于时的近似数值，作为方位偏移时间，用公式计算方位偏移。
[0013]计算运动目标的方位速度包括：用公式计算运动目标的方位速度，根据运动目标的距离向速度远小于载机平台速度，用公式更新速度值。
[0014]本专利技术的有益效果：用单平台多波束系统，仅需两个斜视角不同的发射接收通道，建设成本相对较低，可与大多数SAR成像算法及其他运动目标检测算法结合使用，适用性较广。
附图说明
[0015]图1是坐标系原理，图2是载机速度为200 m/s的机载系统中距离向速度对方位速度估计精度的影响，图3是载机速度为2000 m/s的星载系统中距离向速度对方位速度估计精度的影响。
具体实施方式
[0016]以下结合附图对本专利技术的技术方案做具体的说明。
[0017]通过合成孔径雷达SAR系统发射两个斜视角分别为30
°
和10
°
的波束，雷达系统参数如下所示仿真四个运动目标的运动参数如下所示分别对两个波束成像，得到同一区域的两幅图像，对运动目标通过偏置相位天线、沿航迹干涉等方法，进行运动目标检测，将动目标检测后的两幅图像叠加，不同斜视角条件下的运动目标成像位置一般并不相同。
[0018]建立如图1的坐标系，计算运动目标在方位向上的位置差异，如下所示计算动目标方位速度估计结果，如图下所示由于在方位速度估计过程中，忽略了距离向速度的影响，为了进一步验证本专利技术算法的有效性，分别在载机速度为200 m/s的机载系统中和载机速度为2000 m/s的星载系统中，分别如图2和3所示，计算距离向速度对方位速度估计精度的影响，误差较小。
[0019]上述作为本专利技术的实施例，并不限制本专利技术，凡在本专利技术的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本专利技术的保护范围之内。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法，其特征在于，包括：用一个SAR系统，沿方位向生成两个波束，斜视角分别为，接收两个波束的回波信号，分别成像，生成同一区域的两幅图像，分别对两幅图像进行运动目标检测，用运动目标在两个波束成像中的方位偏移的差，加上运动目标在波束间隔时间内的方位向位移，计算两幅图像中运动目标的方位差异，结合两个波束扫描同一区域的时间间隔，计算运动目标的方位向速度。2.根据权利要求1所述的基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法，其特征在于，所述计算两幅图像中运动目标的方位差异，包括：设、分别为运动目标的方位向速度和距离向速度，为场景中心到雷达的最近距离，为波束斜视角，为目标在波束中心时刻的距离向位置，为载机平台...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄祖镇，李龙，刘爱芳，郝晓龙，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第十四研究所，
类型：发明
国别省市：