一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法技术

本发明专利技术提供一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法，以海面舰船目标的雷达宽带回波数据为输入数据，估计目标距离维和方位维二维速度参数；首先，输入数据通过距离维傅里叶变换获取目标距离维频域偏移量，并根据频率偏移量与距离维速度的关系解算出目标距离维速度参数。综合多脉冲数据，以合成孔径雷达简化版距离徙动算法对目标数据进行粗成像，并裁剪出散焦的目标复图像数据。然后，以目标等效合速度为参数构建粗成像结果的相位补偿函数，以图像熵值为最小化为准则，搜索出最优相位补偿函数，并确定其对应的等效合速度。最后，根据距速度合成关系和前述步骤估计出的距离维速度，解算出目标的方位维速度。解算出目标的方位维速度。解算出目标的方位维速度。

【技术实现步骤摘要】
一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法


[0001]本专利技术涉及雷达参数估计领域，尤其涉及一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法。

技术介绍

[0002]星载宽带雷达是对广域海洋观测的重要遥感设备，在海洋观测中最为常见的是人造舰船目标，准确估计出舰船目标的运功参数对于目标分类识别、海洋态势感知至关重要。舰船目标在海面运动，往往伴随着三维复杂运动，投影到雷达观测平面也属于二维运动，其中雷达径向速度(即视线方向速度)可以利用回波多普勒频率偏移量准确测算出，但是对于雷达视线的切向速度，无法由雷达直接测量。因此，如何利用星载雷达数据获取舰船目标的二维速度参数一直是雷达遥感领域的重点问题。
[0003]目前，基于雷达平台的运动舰船目标二维速度估计方法主要分为两大类。一类方法是对硬件平台进行升级，利用收发分置或多通道雷达天线从不同角度观测目标，从而克服了单通道雷达天线无法获取直接估计目标切向速度的问题。这一类方法的优势是处理流程简单，不足是增加了系统复杂度，对于星载雷达成本更是成倍增长。另一类方法是利用运动的单通道雷达发射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、确定输入数据：星载宽带雷达发射脉冲信号观测目标区域，将多个脉冲回波的数字采样数据作为输入数据，记为矩阵S0，其中矩阵S0的尺寸为M
×
N，N表示共收集了N个脉冲回波，每一个脉冲回波共采集了M个采样数据；S2、脉内数据傅里叶变换；将输入数据S0的每一列分别做傅里叶变换，得到距离维频域数据，得到距离维频域数据矩阵S1；S3、估计目标径向速度v
r
；统计所述距离维频域数据矩阵S1中每一列信号的中心频率值，平均值记为f
c
，计算f
c
与雷达发射脉冲信号的中心频率f0之间的差值，根据所述差值与目标径向速度的关系，计算出目标径向速度vr；S4、获取舰船目标粗成像结果；以所述距离维频域数据矩阵S1为输入数据，对运动舰船目标进行粗成像，粗成像结果矩阵为S2；S5、确定散焦的运动目标ROI数据；从所述粗成像结果矩阵S2中裁剪出散焦的运动目标感兴趣区域ROI数据矩阵S3；S6、确定合速度与相位补偿函数关系，以及合速度搜索范围；S7、估计目标合速度v；S8、解算出目标方位维速度v
a
；S9、输出目标二维速度。2.根据权利要求1所述的一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法，其特征在于，所述S2中，距离维频域数据矩阵S1具体为：S1＝F
r
·
S0ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)其中，F
r
是尺寸为M
×
M的傅里叶变换矩阵，傅里叶变换矩阵每一行每一列具体元素构造为：其中，j表示虚数单位，π表示圆周率常数，(a,b)表示矩阵第a行第b列的元素坐标。3.根据权利要求2所述的一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法，其特征在于，S3具体步骤为：S301、根据所述距离维频域数据矩阵S1估计每一脉冲回波的中心频率f
n
；对所述距离维频域数据矩阵S1中的每一列分别处理，或并行处理，所述距离维频域数据矩阵S1的第n个列向量记为s
1_n
(n＝1,2,
…
,N)，检索s
1_n
中数值最大值记为μ
n_max
，以μ
n_max
/2为门限对向量s
1_n
进行二值化处理，二值化后的向量记为c
n
，c
n
各元素具体为：其中，c
n
(m)表示向量c
n
的第m个元素，s
1_n
(m)表示向量s
1_n
的第m个元素；构造距离维频率坐标向量f
r_index
，尺寸为M
×
1，具体第m个元素构造为：
其中，f
s
表示雷达回波信号采样频率，为雷达系统给出的已知量；由式(3)所得，第n个脉冲回波对应的二值化向量c
n
和距离维坐标向量f
r_index
计算第n个脉冲回波的中心频率f
n
，具体为：S302、根据S301得到的每一个脉冲的中心频率f
n
，得出所有脉冲数据的平均中心频率f
c
，具体为：S303、根据S302所得平均中心频率f
c
，计算回波信号距离维频率偏移量δ，具体为：δ＝f
c
‑
f0ꢀꢀꢀꢀ
(7)S304、根据S303所得回波信号距离维频率偏移量δ，计算目标径向速度分量，具体为：其中，λ表示发射信号的载频波长，为雷达系统给出的已知量；v
r
的计算结果若为正值，则表示目标速度方向为指向雷达方向；v
r
的计算结果若为负值，则表示目标速度方向为背向雷达方向。4.根据权利要求3所述的一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法，其特征在于，所述S4，具体为：S401、将回波数据变换到二维频域；通过矩阵运算对所述S2中的距离维频域数据矩阵S1按行进行傅里叶变换，得到二维频域数据矩阵S
D
：S
D
＝S1·
F
a
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(9)其中，F
a
是尺寸为N
×
N的傅里叶变换矩阵，傅里叶变换矩阵每一行每一列具体元素构造为：其中，j表示虚数单位，π表示圆周率常数，(p,q)表示矩阵第p行第q列的元素坐标；S402、构造聚焦算子矩阵H；构造尺寸为N
×
1的方位维频率坐标向量f
a_index
，具体第n个元素构造为：
其中f
PRF
表示雷达脉冲重复频率，为雷达系统给出的已知量；结合式(4)和式(11)构造出尺寸为M
×
N的聚焦算子矩阵H，矩阵的第m行第n列元素取值为：其中，j表示虚数单位，π表示圆周率常数，(m,n)表示矩阵第m行第n列的元素坐标，R
ref
为目标区域参考距离，γ为雷达发射脉冲的调频率，为雷达系统给出的已知量；S403、粗成像运算：根据S401中得到的二维频域数据矩阵S
D
和S402中得到的聚焦算子矩阵H，通过矩阵运算获得粗成像结果矩阵S2S2(m,n)＝S
D
(m,n)
·
H(m,n)；m＝1,2,
…
,M；n＝1,2,
…
,N
ꢀꢀꢀꢀ
(13)其中，矩阵S
D
和矩阵H对应元素相乘获得新矩阵S2。5.根据权利要求4所述的一种基于星载宽带雷达的海面舰船目标二维速度估计方法，其特征在于，所述S5，具体为：S501、确定目标所在距离单元和距离维裁剪区间；生产尺寸为M
×
1的距离维聚焦能量向量α
r
，第m个元素具体构造方式为：找出向量α
r<...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈一畅，汤子跃，孙永健，朱振波，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军预警学院，
类型：发明
国别省市：