【技术实现步骤摘要】
本申请涉及雷达信号处理、成像，特别是涉及一种基于回波历程的穿透sar运动误差补偿成像方法及装置。
技术介绍
1、穿墙雷达因其电磁波的低频特性，可穿透木板、砖墙等材料，可对建筑物内部目标进行定位。合成孔径体制下的车载(或机载)穿墙雷达环绕建筑物外部运动，通过发射低频超宽带(ultra-wideband，uwb)信号保证回波的高距离分辨率，并通过积累孔径获得高方位分辨率，从而可对建筑内部结构进行成像，随着无人机技术的成熟近年来得到越来越广泛的应用。
2、搭载雷达的无人机平台通常沿固定预设轨迹运行并搭载惯性测量单元(inertialmeasurement unit，imu)和全球定位系统(global positioning system，gps)获取自身位置信息。然而在实际应用中，受无人机悬停或贴墙飞行时自身震动特性、环境因素、人为操控等原因干扰，无人机无法严格按照预设轨迹飞行，且自身定位系统在复杂城市环境下获取的实时位置与雷达自身的真实位置存在不可忽视的定位误差。imu受硬件限制、噪声影响等，无法确切地获取该定位误差信息，且基于惯导推算的航迹本身也存在累计漂移，不适合在合成孔径所需的一段时间内记录实际平台位置信息。gps在贴近建筑物的环境中，卫星的通信也时有中断，定位系统也可能不稳定。因此，这些现实条件限制了从硬件的角度消除平台运动误差的手段。
3、因此考虑从算法的角度消除运动误差。经典的运动误差补偿方法如图像偏移法(map drift,md)、相位梯度自聚焦法(phase gradient autofoc
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够对雷达自身运动误差进行补偿并生成清晰成像结果的基于回波历程的穿透sar运动误差补偿成像方法及装置。
2、一种基于回波历程的穿透sar运动误差补偿成像方法，所述方法包括：
3、获取目标的原始回波数据，所述原始回波数据由运动中的雷达对处于墙后的目标进行探测得到；
4、对所述原始回波数据进行脉冲压缩得到对应的一维距离像，并根据所述一维距离像生成初步目标图像；
5、在所述初步目标图像中对所述目标进行检测，得到所述目标的初始位置；
6、基于所述一维距离像提取墙面直达波的回波历程；
7、根据所述目标的初始位置在所述一维距离像中提取由雷达在不同位置上与所述目标之间的距离，生成所述目标的回波历程；
8、将所述目标的实际位置和雷达的实际运动路径作为待求解的未知变量，并基于各所述未知变量、所述墙面直达波的回波历程以及所述目标的回波历程之间的关系构建得到数学模型；
9、通过采用高斯-牛顿优化算法对所述数学模型进行求解，得到所述目标的实际位置以及雷达的实际运动路径；
10、利用求解得到的结果修正雷达自身的运动误差，再基于优化后的墙体参数对折射效应进行补偿后，得到最终的目标成像结果。
11、在其中一实施例中，在所述初步目标图像中对所述目标进行检测时，利用cfar方法从所述初步目标图像中提取孤立的强特显点，并将该强特显点的位置坐标作为所述目标的初始位置。
12、在其中一实施例中，所述基于所述一维距离像提取墙面直达波的回波历程包括：
13、在所述一维距离像中，将前沿直达波在雷达运动到不同位置时检测到的墙体前沿与雷达之间的距离组成所述墙面直达波的回波历程。
14、在其中一实施例中，在生成所述目标的回波历程时：
15、计算所述目标的初始位置和所述雷达的误差位置之间的误差位置距离，其中，所述误差位置由所述雷达自身定位系统得到；
16、以所述误差位置距离为中心，在预设检测范围内对所述一维距离像中所述雷达在所有位置处的距离像中进行峰值检测，提取所述目标与雷达之间的距离，组成所述目标的回波历程。
17、在其中一实施例中，所述基于各所述未知变量、所述墙面直达波的回波历程以及所述目标的回波历程之间的关系构建得到数学模型包括：
18、根据所述雷达的初始位置、实际位置以及所述墙面直达波的回波历程构建第一观测矩阵；
19、根据所述目标的回波历程等于所述雷达和目标之间的直线距离加上折射效应补偿量构建第二观测；
20、将所述第一观测矩阵和第二观测矩阵进行联立后，得到所述数学模型。
21、在其中一实施例中，所述第一观测矩阵表示为：
22、ywall-ym＝rf(m)
23、其中，ywall＝y0,m(1)+ry
24、在上式中，ywall表示墙体在距离向上的位置，ym表示所述雷达在距离向上的实际位置，rf(m)表示前沿直达波的回波历程，y0,m(1)表示所述雷达在距离向上的初始位置，ry表示所述雷达到墙体之间的直线距离。
25、在其中一实施例中，所述第二观测矩阵表示为：
26、
27、在上式中，xm，ym以及xk，yk分别表示所述雷达的实际运动路径以及所述目标的实际位置，d表示所述墙体厚度，εr表示所述墙体介电常数，θmk表示第m个时刻雷达与第k个目标之间的入射角，rk(m)表示所述目标的回波历程。
28、在其中一实施例中，在对所述数学模型进行求解时；
29、将所述目标的初始位置以及所述雷达自身定位系统得到误差路径作为所述未知变量的初始值，并将其带入所述数据模型中，采用所述高斯-牛顿优化算法对各所述未知变量进行优化，直至得到所述目标的实际位置以及雷达的实际运动路径。
30、本申请还提供了一种基于回波历程的穿透sar运动误差补偿成像装置，所述装置包括：
31、原始回波数据得到模块，用于获取目标的原始回波数据，所述原始回波数据由运动中的雷达对处于墙后的目标进行探测得到；
32、初步目标图像生成模块，用于对所述原始回波数据进行脉冲压缩得到对应的一维距离像，并根据所述一维距离像生成初步目标图像；
33、目标的初始位置得到模块，用于在所述初步目标图像中对所述目标进行检测，得到所述目标的初始位置；
34、雷达与墙体之间实际距离得到模块，用于基于所述一维距离像提取墙面直达波的回波历程；
35、目标的回波历程生成模块，用于根据所述目标的初始位置在所述一维距离像中提取由雷达在不同位置上与所述目标之间的距离，生成所述目标的回波历程；
36、数本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于回波历程的穿透SAR运动误差补偿成像方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的穿透SAR运动误差补偿成像方法，其特征在于，在所述初步目标图像中对所述目标进行检测时，利用CFAR方法从所述初步目标图像中提取孤立的强特显点，并将该强特显点的位置坐标作为所述目标的初始位置。
3.根据权利要求1所述的穿透SAR运动误差补偿成像方法，其特征在于，所述基于所述一维距离像提取墙面直达波的回波历程包括：
4.根据权利要求1所述的穿透SAR运动误差补偿成像方法，其特征在于，在生成所述目标的回波历程时：
5.根据权利要求1所述的穿透SAR运动误差补偿成像方法，其特征在于，所述基于各所述未知变量、所述墙面直达波的回波历程以及所述目标的回波历程之间的关系构建得到数学模型包括：
6.根据权利要求5所述的穿透SAR运动误差补偿成像方法，其特征在于，所述第一观测矩阵表示为：
7.根据权利要求5所述的穿透SAR运动误差补偿成像方法，其特征在于，所述第二观测矩阵表示为：
8.根据权利要求5所述的穿透SA
9.一种基于回波历程的穿透SAR运动误差补偿成像装置，其特征在于，所述装置包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于回波历程的穿透sar运动误差补偿成像方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的穿透sar运动误差补偿成像方法，其特征在于，在所述初步目标图像中对所述目标进行检测时，利用cfar方法从所述初步目标图像中提取孤立的强特显点，并将该强特显点的位置坐标作为所述目标的初始位置。
3.根据权利要求1所述的穿透sar运动误差补偿成像方法，其特征在于，所述基于所述一维距离像提取墙面直达波的回波历程包括：
4.根据权利要求1所述的穿透sar运动误差补偿成像方法，其特征在于，在生成所述目标的回波历程时：
5.根据权...
【专利技术属性】
技术研发人员：金添，许卓，宋勇平，戴永鹏，桑泽，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：
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