【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于sar成像，具体涉及一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑制方法。
技术介绍
1、合成孔径雷达(synthetic aperture radar，sar)装在运动的载机上，对地面静目标进行成像，能够获得目标的高分辨图像，在目标侦察、地貌测绘等领域发挥着重要作用。然而，在一些极端的自然环境中，电磁波的幅度、相位、极化以及传播方向等参数可能发生变化。
2、沙尘暴会影响电磁波的传播特性，从而影响雷达等无线电设备的正常工作，目前已经有学者研究了沙尘暴天气对通讯正常工作的影响。sar作为一种无线电探测设备，恶劣的风沙环境同样会对sar产生不可忽视的影响，例如风沙的后向散射杂波可能导致sar的回波信号被干扰，从而成像性能恶化，严重影响sar的探测效果。
3、风沙后向散射杂波在sar成像中相当于一种散射波干扰，最终可能在雷达输出端干扰正常成像结果，遮盖或削弱后向散射较弱的目标，从而影响目标的分类和识别。研究抑制风沙后向散射杂波的方法是提高极端风沙环境下sar成像质量的关键步骤。然而，风沙后向散射杂波对sar成像的影响机理尚不明确，现有资料还没有有效的风沙后向散射杂波的抑制方法。
技术实现思路
1、为了克服上述现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑制方法，以提升风沙环境中sar成像质量。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
3、一种基于特征子空间滤波的sar
4、步骤1：获取包含风沙杂波的二维回波信号；
5、步骤2：将二维回波信号沿距离向将不同的方位信号，逐一与参考信号进行匹配滤波处理，然后对每个方位信号进行定长为l的滑动窗口数据录取，将录取的数据排列为数据矩阵，再计算每列数据的自相关矩阵；
6、步骤3：将所述自相关矩阵进行特征值分解，并将所得到的特征值按从大到小的顺序排列，通过两个判定条件得到大小特征值的分界线，从而区分大小特征值，将大特征值对应的特征矢量称为目标信号子空间，然后将目标信号对应的特征矢量分别与对应方位信号的步骤2的数据矩阵进行投影；
7、大特征值对应的特征矢量组成目标信号子空间；
8、步骤4：基于步骤3中目标信号对应的特征矢量与数据矩阵的投影分量，利用投影分量与数据矩阵作差来更新数据矩阵，再沿主对角线依次将副对角线数据求平均还原方位信号得到初步的风沙杂波信号，然后将该初步的二维风沙杂波信号再重复上述步骤2和步骤3迭代更新回波信号一次，最后通过与原始回波信号对消得到抑制后的目标信号。
9、所述步骤1具体为：
10、通过雷达与各个风沙杂波单元的位置关系和运动参数，得到风沙临界速度关系式，根据实际风沙运动情况选择是否调整雷达系统参数，获取包含风沙杂波的回波信号；设在慢时间tm＝0时，某个运动的风沙杂波单元位置在(x0,y0,h0)，sar平台位置在(x＝0,y＝0,z＝h)；
11、风沙杂波单元在x方向的速度和加速度分别为vx和ax，在y方向的速度和加速度分别为vy和ay，在z方向的速度和加速度分别为vz和az，而雷达沿着x方向以速度va匀速运动；
12、在tm时刻雷达和风沙单元位置表示为(x＝vatm,y＝0,z＝h)以及(x0+vxtm+axtm2/2,y0+vytm+aytm2/2,h0+vztm+aztm2/2)，此时雷达载机与该风沙杂波单元斜距为：
13、
14、利用二阶泰勒展开，rn(tm)可化简为：
15、
16、式中，是tm＝0时刻的斜距，由于时变的相位函数为则它对应的多普勒频率偏移：
17、
18、设成像时间内每个风沙单元只有水平的速度，且为匀速运动，即假定风沙单元只有x和y方向速度，则风沙杂波的多普勒频移为：
19、
20、则雷达载机速度方向与风沙速度方向夹角为：
21、
22、静目标多普勒带宽为：
23、
24、将合成孔径时间ts代入可得静目标最大多普勒带宽幅度为2va/d，其中d为天线孔径，风沙杂波多普勒带宽为：
25、
26、同理得风沙杂波的最大多普勒带宽幅度为：
27、
28、根据所述两者的多普勒中心和带宽，得到两个关系式：
29、
30、
31、在理想情况下，雷达载机速度方向与风沙速度方向接近垂直，即ξ约等于90°，则不等式可化简为：
32、
33、
34、即可得到多普勒频谱不重叠时风沙速度的取值范围：
35、
36、
37、公式13右边为负数，公式14右边为正数。
38、当实际风沙运动速度满足上述关系式时，直接采用本算法；
39、当实际风沙速度较小不满足上述关系式时，根据公式13和公式14调整天线孔径、雷达载机速度以及发射信号波长的雷达参数，使风沙速度满足上述关系式，
40、所述步骤2具体为：
41、(2a)设风沙杂波与静目标的回波信号表示为：
42、s＝star+ssand 公式15
43、式中star表示静目标信号，ssand表示风沙杂波信号，设雷达一共发射m个脉冲，每次回波中有n个距离采样，则回波s是大小为m×n的矩阵，将回波s沿着距离向将n个方位信号分别与方位参考函数进行匹配滤波处理，方位匹配参考函数为：
44、sa(tm,r0)＝exp(-j2πfdctm-jπγm(r0)tm2) 公式16
45、其中fdc为多普勒中心，γm(r0)为方位向调频率；
46、(2b)设xm,n为第m次回波的第n个距离采样的值，对回波s的每列方位信号数据进行定长为l的滑动向量录取，并将其排列为矩阵，得到l×(m-l+1)的数据矩阵，则第n列方位信号构成的数据矩阵为：
47、xn＝[x1,x2,...,x(m-l+1)] 公式17
48、令xi,n为第n列方位向信号所构成数据矩阵的第i列，则xi,n表示为：
49、xi,n＝[xi,n,xi+1,n,...,xi+l-1,n]t 公式18
50、由式18计算数据矩阵不同列的自相关矩阵：
51、
52、所述l的取值在32到64之间。
53、所述步骤3具体为：
54、(3a)对自相关矩阵rn进行特征值分解，把所得到的特征值按从大到小的顺序重新排列λ1,n＞λ2,n＞···＞λl,n，对应特征向量u1,n,u2,n,...,ul,n，然后将特征值分为大特征值和小本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，当实际风沙运动速度满足上述关系式时，直接采用上述关系式；
4.根据权利要求2所述的一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
5.根据权利要求4所述的一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述L的取值在32到64之间。
6.根据权利要求4所述的一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
7.根据权利要求6所述的一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，判定条件1是当满足时，将λj,n暂定为大小特征值的分界线，即λj,n及排在它前面的特征值为大特征值，排在λj,n后的特征值为小特征值
8.根据权利要求6所述的一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤4具体为：
9.根据权利要求8所述的一种基于特征子空间滤波的SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，由于多普勒频谱上静止目标的频谱能量在中心频点的值会远高于附近频点的值，导致提取的杂波信号中仍然含有少部分目标信号，将L加一，并将上述步骤重复一遍，进一步滤除杂波信号中的目标信号后，此时认为滤除后的信号里只剩下风沙杂波信号，此时再与原始回波信号进行对消处理，消去风沙杂波信号后，得到最终的目标回波信号。
10.根据权利要求1-9任一项所述SAR风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述方法用于提高风沙环境下的SAR成像质量。
...【技术特征摘要】
1.一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤；
2.根据权利要求1所述的一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：
3.根据权利要求2所述的一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，当实际风沙运动速度满足上述关系式时，直接采用上述关系式；
4.根据权利要求2所述的一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤2具体为：
5.根据权利要求4所述的一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述l的取值在32到64之间。
6.根据权利要求4所述的一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
7.根据权利要求6所述的一种基于特征子空间滤波的sar风沙后向散射杂波抑...
【专利技术属性】
技术研发人员：亢海龙，赵浩杰，李军，沈拓宇，曾新名，金科，廖桂生，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：
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