一种机载多通道CSSAR地面加速目标运动参数估计方法技术

本发明专利技术公开了一种机载多通道CSSAR地面加速目标运动参数估计方法，首先获得多通道CSSAR系统相邻两通道的原始数据域目标信号的ATI相位；然后利用分数阶傅里叶变换FrFT的方法对目标进行基带多普勒中心估计并在方位时域

【技术实现步骤摘要】
一种机载多通道CSSAR地面加速目标运动参数估计方法


[0001]本专利技术属于雷达信号处理
，具体涉及一种地面加速目标运动参数估计方法。

技术介绍

[0002]机载圆轨迹条带合成孔径雷达(Circular Stripmap Synthetic Aperture Radar，CSSAR)是一种较新型的机载SAR。它具有重访周期短、观测范围广等优点，适合用于空对地广域侦察和地面运动目标指示(Ground Moving Target Indication，GMTI)。但雷达的圆迹运动也导致在目标相位历程中，目标的位置、速度和加速度之间出现耦合，使得机载CSSAR下的地面运动目标参数估计比较困难，适用于常规的机载直线轨迹SAR的地面运动目标参数估计方法也因此无法直接用于机载CSSAR。
[0003]高分辨是SAR的一个重要发展趋势，有利于获得目标更详细的信息，能够大大增强SAR对观测场景的信息获取能力。但分辨率的提高也会导致合成孔径时间变长，较长的合成孔径时间会导致目标的加速度和目标距离方程的高阶项无法忽略，从而增加了地面运动目标参数估计方法设计的难度。因此，迫切需要研究能用于机载CSSAR的精确的运动参数估计方法。

技术实现思路

[0004]为了克服现有技术的不足，本专利技术提供了一种机载多通道CSSAR地面加速目标运动参数估计方法，首先获得多通道CSSAR系统相邻两通道的原始数据域目标信号的ATI相位；然后利用分数阶傅里叶变换FrFT的方法对目标进行基带多普勒中心估计并在方位时域
‑
距离频域进行基带多普勒中心补偿，在二维频域通过相位相乘实现目标成像，从而获得目标位于SAR图像中的位置信息；接下来利用最小二乘的方法拟合ATI相位历程的斜率，得到沿航向速度v
ta
的估计值；再估计多普勒模糊数M并得到径向速度v
tr
的估计值；之后获得目标沿x轴和y轴的初速度v
x
和v
y
的估计值；最后获得目标沿x轴和y轴的加速度a
x
和a
y
的估计值。本专利技术实现了对目标速度和加速度的准确估计，有助于突破地面加速目标运动参数估计这个SAR
‑
GMTI领域的难点问题。
[0005]本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：
[0006]步骤1：获得多通道CSSAR系统相邻两通道的原始数据域目标信号的ATI相位；
[0007]步骤2：利用分数阶傅里叶变换FrFT的方法对目标进行基带多普勒中心估计并在方位时域
‑
距离频域进行基带多普勒中心补偿，在二维频域通过相位相乘实现目标成像，从而获得目标位于SAR图像中的位置信息；
[0008]步骤3：利用最小二乘的方法拟合ATI相位历程的斜率，并利用步骤2中获得的目标位于SAR图像中的位置信息，得到沿航向速度v
ta
的估计值；
[0009]步骤4：估计多普勒模糊数M并利用步骤2中获得的基带多普勒中心得到径向速度v
tr
的估计值；
[0010]步骤5：根据步骤3和步骤4获得的v
ta
和v
tr
的估计值获得目标沿x轴和y轴的初速度v
x
和v
y
的估计值；
[0011]步骤6：利用最大对比度的方法对目标距离方程的二次项系数和三次项系数进行二维搜索，从而获得目标沿x轴和y轴的加速度a
x
和a
y
的估计值。
[0012]进一步地，所述步骤1具体为：
[0013]步骤1
‑
1：经载频解调和距离压缩后，第i，i＝1,2,3个通道接收到的目标回波信号表示为：
[0014][0015]式中，
[0016][0017][0018][0019]其中p
r
(
·
)为距离压缩冲激响应函数，ω
a,i
(
·
)为第i个通道的收发双程天线方向图，t
r
为距离快时间，t
a
为方位慢时间，c为光速，λ为波长，R
i
(t
a
)为第i个通道的等效相位中心到目标的距离；δR(t
a
)是通道2等效相位中心到目标与通道1等效相位中心到目标的距离差，也是通道3等效相位中心到目标与通道2等效相位中心到目标的距离差，它的表达式为t
b
为目标位于参考通道等效相位中心的正侧视方向的时刻，r
b
为目标在t
a
＝t
b
时刻到坐标原点的距离，R
b
为t
a
＝t
b
时刻雷达到目标的距离，它进一步表示为r
a
为雷达平台运动的半径，h为雷达平台的高度，v
ta
为t
a
＝t
b
时刻目标速度在雷达平台速度方向上的投影即沿航向速度，ω为雷达平台运动的角速度，d为相邻等效相位中心之间的距离即基线长度；
[0020]步骤1
‑
2：以通道1为参考，在进行通道均衡和配准后，通道2接收到的目标回波信号表示为：
[0021][0022]式中，
[0023][0024]R2(t
a
+
△
t
a
)≈R1(t
a
)+v
tr
·
△
t
a
(7)
[0025][0026]其中R2(t
a
+
△
t
a
)为配准后通道2的目标距离方程，v
tr
为t
a
＝t
b
时刻目标速度在目标到雷达径向方向上的投影即径向速度；
[0027]步骤1
‑
3：通道3经配准后接收到的目标回波信号表示为：
[0028][0029]式中，
[0030][0031][0032]步骤1
‑
4：得到两个偏置相位中心天线DPCA之后的信号：
[0033][0034][0035]则ATI信号表示为：
[0036][0037]将式(12)和式(13)代入式(14)中，得到ATI信号的相位历程为：
[0038][0039]进一步地，所述步骤2具体为：
[0040]步骤2
‑
1：FrFT的定义如下：
[0041][0042]其中p为分数阶傅里叶变换的阶数，u为分数傅里叶多普勒频率，为分数傅里叶变换算子，核函数K
p
(t
a
,u)的表达式为：
[0043][0044]其中，α＝pπ/2代表时频平面的旋转角度；
[0045]步骤2
‑
2：本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载多通道CSSAR地面加速目标运动参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：获得多通道CSSAR系统相邻两通道的原始数据域目标信号的ATI相位；步骤2：利用分数阶傅里叶变换FrFT的方法对目标进行基带多普勒中心估计并在方位时域
‑
距离频域进行基带多普勒中心补偿，在二维频域通过相位相乘实现目标成像，从而获得目标位于SAR图像中的位置信息；步骤3：利用最小二乘的方法拟合ATI相位历程的斜率，并利用步骤2中获得的目标位于SAR图像中的位置信息，得到沿航向速度v
ta
的估计值；步骤4：估计多普勒模糊数M并利用步骤2中获得的基带多普勒中心得到径向速度v
tr
的估计值；步骤5：根据步骤3和步骤4获得的v
ta
和v
tr
的估计值获得目标沿x轴和y轴的初速度v
x
和v
y
的估计值；步骤6：利用最大对比度的方法对目标距离方程的二次项系数和三次项系数进行二维搜索，从而获得目标沿x轴和y轴的加速度a
x
和a
y
的估计值。2.根据权利要求1所述的一种机载多通道CSSAR地面加速目标运动参数估计方法，其特征在于，所述步骤1具体为：步骤1
‑
1：经载频解调和距离压缩后，第i，i＝1,2,3个通道接收到的目标回波信号表示为：式中，式中，式中，其中p
r
(
·
)为距离压缩冲激响应函数，ω
a,i
(
·
)为第i个通道的收发双程天线方向图，t
r
为距离快时间，t
a
为方位慢时间，c为光速，λ为波长，R
i
(t
a
)为第i个通道的等效相位中心到目标的距离；δR(t
a
)是通道2等效相位中心到目标与通道1等效相位中心到目标的距离差，也是通道3等效相位中心到目标与通道2等效相位中心到目标的距离差，它的表达式为t
b
为目标位于参考通道等效相位中心的正侧视方向的时刻，r
b
为目标在t
a
＝t
b
时刻到坐标原点的距离，R
b
为t
a
＝t
b
时刻雷达到目标的距离，它进一步表示为r
a
为雷达平台运动的半径，h为雷达平台的高度，v
ta
为t
a
＝t
b
时刻目标速度在雷达平台速度方向上的投影即沿航向速度，ω为雷达平台运动的角速度，d为相邻等效相位中心之间的距离即基线长度；
步骤1
‑
2：以通道1为参考，在进行通道均衡和配准后，通道2接收到的目标回波信号表示为：式中，R2(t
a
+
△
t
a
)≈R1(t
a
)+v
tr
·
△
t
a
(7)其中R2(t
a
+
△
t
a
)为配准后通道2的目标距离方程，v
tr
为t
a
＝t
b
时刻目标速度在目标到雷达径向方向上的投影即径向速度；步骤1
‑
3：通道3经配准后接收到的目标回波信号表示为：式中，式中，步骤1
‑
4：得到两个偏置相位中心天线DPCA之后的信号：4：得到两个偏置相位中心天线DPCA之后的信号：
则ATI信号表示为：将式(12)和式(13)代入式(14)中，得到ATI信号的相位历程为：3.根据权利要求1所述的一种机载多通道CSSAR地面加速目标运动参数估计方法，其特征在于，所述步骤2具体为：步骤2
‑
1：FrFT的定义如下：其中p为分数阶傅里叶变换的阶数，u为分数傅里叶多普勒频率，为分数傅里叶变换算子，核函数K
p
(t
a
,u)的表达式为：其中，α＝pπ/2代表时频平面的旋转角度；步骤2
‑
2：将式(12)代入式(16)中得到DPCA之后信号的分数阶傅里叶变换；当FrFT域的峰值振幅最大时，对应了最佳旋转角α0，信号的基带多普勒中心f
ac,b
从具有最佳旋转角α0的分数傅里叶谱的峰值位置处估计；因此，对α做一维搜索：分数傅里叶谱的峰值位置处估计；因此，对α做一维搜索：其中是分数傅里叶频谱峰值位置的分数傅里叶多普勒频率；利用驻定相位原理，将式(12)的信号变换到距离频率域，得：其中，f
r
为距离频率，f
c
为载频，W
r
(
·
)为距离频率包络；步骤2
‑
3：假设估计得到的目标基带多普勒中...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永康，杨晨茜，梁军利，王布宏，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：