基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法与流程

技术特征：

1.一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，确定合成孔径雷达包含M个通道，且将第一个通道作为参考通道，该合成孔径雷达的M个通道分别接收检测范围内的目标回波信号，然后对M个通道接收到的目标回波信号分别依次进行解调和等效相位中心处理，得到经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号；

所述经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号包含M个通道各自的等效相位中心的相对位置，并计算M个通道各自的等效相位中心间距；M为自然数；

步骤2，对经过解调和等效相位中心处理的目标回波信号进行距离向脉冲压缩处理，得到距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号；

步骤3，对距离向脉冲压缩处理后的目标回波信号进行二维傅里叶变换，得到二维频域目标回波信号S(f_r,f_b)；其中，f_b表示基带频率，f_r表示距离频率；

步骤4，根据M个通道各自的等效相位中心间距，计算得到合成孔径雷达的有效多普勒带宽B_e；

步骤5，根据二维频域目标回波信号S(f_r,f_b)和合成孔径雷达的有效多普勒带宽B_e，计算合成孔径雷达的方位向通道误差Γ_a和合成孔径雷达的方位向通道误差估计值

步骤6，利用合成孔径雷达的方位向通道误差估计值对二维频域目标回波信号S(f_r,f_b)进行误差校正，计算得到通道误差校正后的目标回波信号

步骤7，对通道误差校正后的目标回波信号进行解模糊处理，计算得到解模糊处理后的目标回波信号；

步骤8，对解模糊处理后的目标回波信号进行成像处理，计算得到目标回波信号的合成孔径雷达成像。

2.如权利要求1所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，在步骤1中，所述M个通道各自的等效相位中心间距，具体为：参考通道的等效相位中心为0，采样时刻M-1个通道各自的等效相位中心间距相同，分别为即d_m'表示第m'个通道与第m'-1个通道的等效相位中心的间距，d_M表示时刻参考通道和t_m'时刻第M个通道的等效相位中心的间距，且

PRF表示脉冲重复频率，v表示合成孔径雷达的速度，D_a表示合成孔径雷达天线方位向的长度，下标a表示方位向。

3.如权利要求1所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，在步骤3中，所述二维频域目标回波信号S(f_r,f_b)其表达式为：

S(f_r,f_b)＝Γ_a(f_b)×A(f_b)×S_ref(f_r,f_b)+N(f_b)

其中，f_b表示基带频率，其范围基带频率f_b的个数取决于合成孔径雷达方位向的采样个数N，PRF表示脉冲重复频率；f_r表示距离频率，下标r表示距离向，S_ref(f_r,f_b)表示参考通道的数据矩阵，N(f_b)表示噪声；Γ_a(f_b)表示其余M-1个通道相对于参考通道在方位向上的误差矩阵，下标a表示方位向，A(f_b)表示设定的阵列流型，且a_i表示编号为i的模糊分量的导向矢量，i表示模糊分量的编号，I_min≤i≤I_max，I_min表示模糊分量的最小编号，I_max表示模糊分量的最大编号；所述a_i表示编号为i的模糊分量的导向矢量，其表达式为：

$a_i=\left[\begin{array}{c}\exp \[j2\mathrm{\π}\frac{x_1}{v}(f_b+i\×PRF)\]\\ .\\ .\\ .\\ \exp \[j2\mathrm{\π}\frac{x_m}{v}(f_b+i\×PRF)\]\\ .\\ .\\ .\\ \exp \[j2\mathrm{\π}\frac{x_M}{v}(f_b+i\×PRF)\]\end{array}\right]$

其中，f_b表示基带频率，PRF表示脉冲重复频率，x_m表示第m个通道和参考通道的等效相位中心之间的距离，m表示第m个通道的编号，1≤m≤M，M表示合成孔径雷达包含的通道个数，v表示合成孔径雷达的速度，exp(·)表示指数运算，表示虚数单位，π为圆周率；

所述Γ_a(f_b)表示其余M-1个通道相对于参考通道在方位向上的误差矩阵，其表达式为：

其中，所述其余M-1个通道相对于参考通道在方位向上的误差矩阵为对角阵，p_m(f_b)表示第m通道相对于参考通道在方位向上的误差值。

4.如权利要求1所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，在步骤4中，所述合成孔径雷达的有效多普勒带宽B_e，其计算过程为：

4a)根据M个通道各自的等效相位中心间距，计算得到合成孔径雷达的等效采样间隔d_e，其表达式为：

$d_e=\frac{1}{M}\[\left(\underset{m^{\′}=1}{\overset{M-1}{\Σ}}{d}_{m^{\′}}\right)+d_M\]$

其中，M表示合成孔径雷达包含的通道个数，1≤m'≤M-1，d_m'表示第m'个通道与第m'-1个通道的等效相位中心的间距，d_M表示时刻参考通道和t_m'时刻第M个通道的等效相位中心的间距，且v表示合成孔径雷达的速度，PRF表示脉冲重复频率，D_a表示合成孔径雷达天线方位向的长度。

4b)根据合成孔径雷达的等效采样间隔d_e，计算合成孔径雷达的有效多普勒带宽B_e。

5.如权利要求1所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，步骤5的子步骤为：

5a)初始化：f_b表示基带频率，其范围为t表示迭代次数，且t的初值为0，第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率为t≤N，N表示合成孔径雷达方位向的采样个数；

5b)根据合成孔径雷达的有效多普勒带宽B_e，计算得到第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量个数I_t和第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量的编号i_t；

5c)计算第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率为处的二维频域目标回波信号进而计算第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率为处的二维频域目标回波信号的采样协方差矩阵

5d)对第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率为处的二维频域目标回波信号的采样协方差矩阵进行特征值分解，分别得到采样协方差矩阵的M个特征值和采样协方差矩阵的M个特征值对应的特征向量矩阵U_t，其中第m个特征值为第m个特征值对应的特征向量为所述采样协方差矩阵的M个特征值对应的特征向量矩阵为U_t；

5e)根据第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量个数I_t，将采样协方差矩阵的M个特征值对应的特征向量矩阵U_t按列为划分为信号子空间和噪声子空间

5f)根据第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的噪声子空间计算第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处方位向上的优化函数

5g)根据第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处方位向上的优化函数计算第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处方位向上的通道误差

5h)令t加1，重复子步骤5b)至5g)，直到得到第N次迭代后基带频率为处方位向上的通道误差此时将得到的第0次迭代后的基带频率为处方位向上的通道误差到第N次迭代后的基带频率为处方位向上的通道误差作为合成孔径雷达的方位向通道误差Γ_a，

表示第t次迭代后基带频率为处方位向上的通道误差；

5i)然后对合成孔径雷达的方位向通道误差Γ_a取平均，计算得到合成孔径雷达的方位向通道误差估计值

6.如权利要求5所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量个数I_t和第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量的编号i_t，还包括：

$fix\left(\frac{\frac{-B_e}{2}-(\frac{-PRF}{2}+\frac{tPRF}{N})}{PRF}\right)\≤i_t\≤fix\left(\frac{\frac{B_e}{2}-(\frac{-PRF}{2}+\frac{tPRF}{N})}{PRF}\right)$

其中，fix(·)表示取整运算，PRF表示脉冲重复频率，第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量的编号i_t为整数，且第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量的编号i_t的最大编号为

第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量的编号i_t的最小编号为

第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量个数

所述第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率为处的二维频域目标回波信号的采样协方差矩阵其表达式为：

${\hat{R}}_t=\frac{1}{L}\underset{k=1}{\overset{L}{\Σ}}S(f_r,\frac{-PRF}{2}+\frac{tPRF}{N})\×S^H(f_r,\frac{-PRF}{2}+\frac{tPRF}{N})$

其中，1≤k≤L，f_r表示距离频率，L表示距离向采样点数，(·)^H表示矩阵共轭转置运算，表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率为处的二维频域目标回波信号。

7.如权利要求5所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述采样协方差矩阵的M个特征值和采样协方差矩阵的M个特征值对应的特征向量矩阵U_t，还包括：

将所述采样协方差矩阵的M个特征值记为对角阵Σ_t，

表示采样协方差矩阵的第m个特征值，1≤m≤M，M表示合成孔径雷达包含的通道个数；

所述采样协方差矩阵的M个特征值对应的特征向量矩阵为U_t，表示采样协方差矩阵的第m个特征值对应的特征向量；

所述信号子空间所述噪声子空间

1≤j≤I_t，I_t+1≤j'≤M，表示第t次迭代后划分到信号子空间的特征向量，对应于特征向量矩阵U_t的第j列；表示第t次迭代后划分到噪声子空间的特征向量，对应于特征向量矩阵U_t的第j'列；M>I；U_t表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率为处的二维频域目标回波信号的采样协方差矩阵的M个特征值对应的特征向量矩阵，表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的信号子空间，表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的噪声子空间，下标n表示噪声，下标s表示信号。

8.如权利要求5所述的一种基于多普勒估计的方位多通道合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处方位向上的优化函数其表达式为：

$\left\{{\mathrm{\Γ}}_a(\frac{-PRF}{2}+\frac{tPRF}{N})\right\}=\arg \underset{{\mathrm{\Γ}}_a(\frac{-PRF}{2}+\frac{tPRF}{N})}{\min }{{\mathrm{\δ}}_t}^H{\mathrm{\Ω}}_t{\mathrm{\δ}}_t$

其中，diag(·)表示对角化运算，vec(·)表示取对角元素运算，表示(·)值最小时优化函数的变量的值；

表示编号为i_t的模糊分量的导向矢量，表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的阵列流型，i_t表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量的编号；

所述第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处方位向上的通道误差其表达式为：

${\mathrm{\Γ}}_a(\frac{-PRF}{2}+\frac{tPRF}{N})=diag\left(\frac{{{\mathrm{\Ω}}_t}^{-1}w}{w^{-1}{{\mathrm{\Ω}}_t}^{-1}w}\right)$

其中，w表示设定的M×1维列向量，w＝[1,0,0,…0]^H，

表示编号为i_t的模糊分量的导向矢量，表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的阵列流型，表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的噪声子空间，i_t表示第t次迭代后合成孔径雷达的基带频率处的模糊分量的编号；

所述合成孔径雷达的方位向通道误差估计值其表达式为：

$\widehat{{\mathrm{\Γ}}_a}=mean\left({\mathrm{\Γ}}_a\right)$

其中，mean(·)表示取平均值运算。