基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法与流程

本发明属于雷达信号处理
技术领域：
，特别涉及一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，即基于调频连续波(FrequencyModulatedContinuousWave，FMCW)的SAR雷达动目标检测与成像方法，适用于调频连续波FMCW信号占空比高、功率小的情况下实现动目标的快速检测与成像。
背景技术：
：合成孔径雷达(SAR)的用途十分广泛，能够全天时全天候工作，且不用考虑光照和天气的影响，在目标成像中起到了重要的作用；SAR雷达成像技术能够完成地面静止场景的成像，获取静止地物的电磁散射特征和高分辨率二维图像。然而，当地面场景中存在动目标时，直接对地面场景进行SAR雷达成像，动目标将难以得到如静止目标一样的成像效果，径向加速度和沿航向速度会引起动目标的散焦，并且动目标径向速度的存在将导致多普勒谱偏移，从而造成动目标在SAR雷达成像中出现方位位置偏移，影响定位。因此，动目标径向速度的存在将影响动目标的成像与定位，导致动目标散焦严重，甚至检测不到动目标或定位不准。当前，动目标的检测与成像是SAR雷达技术中的难点之一。为了满足战场监视和地面交通监管的应用需求，SAR雷达不仅要具备对地面静止场景成像的能力，而且还要具备对地面运动目标显示(GroundMovingTargetIndication,GMTI)的能力，即具备SAR-GMTI功能，使得SAR雷达能够全天时、全天候、大范围、远作用距离地对战场中的静止目标和动目标进行监视，有效地完成军事侦察和精确打击等任务。因此，为了提高地面运动目标的检测、成像和定位性能，有必要对SAR-GMTI技术开展深入研究。目前SAR-GMTI面临的问题和挑战有下述问题：SAR雷达成像结果中，动目标通常散焦严重，信杂噪比较低，难以检测，以及如何快速完成动目标的检测与成像，特别是在FMCW-SAR体制下的快速运动目标检测与成像；动目标检测与成像是FMCW-SAR雷达研究的一个关键技术，常用的动目标检测与成像方法较多；梁毅,王虹现,邢孟道等人在其发表的文献调频连续波SAR慢速动目标参数估计与成像[J].系统工程与电子技术,2011,33(5):1001-1006.LiangYi,WangHong-xian,XingMeng-dao,etal..SlowgroundmovingtargetparameterestimationandimaginginFMCWSARsystems[J].EngineeringandElectronics,2011,33(5):1001-1006.中采用Chirp-Z变换校正动目标回波距离弯曲，Radon变换校正剩余距离走动以及改进的离散Chirp傅里叶变换(M-DCFT)搜索参数的方法对慢速动目标进行参数估计与成像；SunGuang-cai,XingMeng-dao,XiaXiang-gen等人在其发表的文献Robustgroundmoving-targetimagingusingderamp-Keystoneprocessing[J].IEEETransactionsonGeoscienceandRemoteSensing,2013,51(2):966-982.中在常规条带SAR雷达模式下对动目标进行快速成像；LiangYi,ZhangLong,XingMeng-dao等人在其发表的文献HighspeedgroundmovingtargetdetectionresearchusingtriangularmodulationFMCW[J].FrontiersofElectricalandElectronicEngineeringinChina.2009,4(2):127-133.中利用三角波调制调频连续波正、负调频导致动目标成像结果在径向反向移动的特性，对正、负调频信号分别成像并相消，检测出高速动目标；耿淑敏,李星等人在其发表的文献.FMCWSAR动目标检测算法研究[J].计算机工程与应用,2012,48(9):120-123中分析了FMCW-SAR动目标检测原理，并重点研究了剩余视频相位项(RVP)对动目标检测结果的影响并给出补偿方法。上述讨论的方法主要针对条带SAR雷达目标的快速成像、FMCW-SAR雷达目标的快速检测和FMCW-SAR雷达慢速目标成像，其中动目标速度较快会出现大的距离徙动、频谱分裂或模糊的情况，成像后动目标会出现虚影或者散焦，导致动目标的信杂噪比降低，且动目标不易被检测。技术实现要素：针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，即基于调频连续波(FrequencyModulatedContinuousWave--FMCW)的SAR雷达动目标检测与成像方法，该种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法能够避免多普勒谱分裂，并能够有效解决连续波体制下且动目标参数未知时动目标的快速成像问题，极大地提高了信杂噪比和目标检测概率，同时能够实现场景中模糊数相同时多个动目标同时成像。为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，包括以下步骤：步骤1，建立基于调频连续波的SAR雷达检测N个动目标的几何模型，选取所述N个动目标中第n个动目标作为参考动目标，并记为动目标P；在所述基于调频连续波的SAR雷达检测N个动目标的几何模型中，基于调频连续波的SAR雷达工作模式为一发多收，并且基于调频连续波的SAR雷达包含B个通道，将第1个通道作为参考通道，参考通道向N个动目标发射调频连续波信号，B个通道分别接收N个动目标的回波信号，得到B个通道分别接收的N个动目标的回波信号；n∈{1,2,…,N}；步骤2，对B个通道分别接收的N个动目标的回波信号分别进行成像处理，分别得到B个通道各自对应成像；步骤3，对B个通道各自对应成像分别依次进行杂波相消处理、动目标检测和方位维反变换，得到N个动目标的距离时域-方位时域回波信号；步骤4，对N个动目标的距离时域-方位时域回波信号进行距离维快速傅里叶变换，得到距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号；分别确定初始模糊数m索引为-C，-C≤m≤C，m表示模糊数索引，C为大于0的自然数；确定n'∈{1,2,…,N}，n'表示第n'个动目标，N表示基于调频连续波的SAR雷达检测范围内包含的动目标个数，n'的初始值为1；步骤5，依次计算得到模糊数索引为m时第n'个动目标的多普勒中心fmn'和模糊数索引为m时第n'个动目标的速度vmn'，确定模糊数索引为m时第n'个动目标的方位去斜函数Hamn'，然后选取距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号中距离维快速傅里叶变换后第n'个动目标的原始回波信号，与所述模糊数索引为m时第n'个动目标的方位去斜函数Hamn'相乘，并进行距离维逆快速傅里叶变换操作，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的原始回波信号；步骤6，利用模糊数索引为m时第n'个动目标的多普勒中心fmn'对模糊数索引为m时第n'个动目标的原始回波信号进行方位维快速傅里叶变换，得到方位维快速傅里叶变换后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域信号，然后再对所述方位维快速傅里叶变换后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域信号进行方位维逆快速傅里叶变换，得到方位维逆快速傅里叶变换后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号；步骤7，确定模糊数索引为m时第n'个动目标的速度vmn'的距离徙动函数HRMC(vmn')，并对方位维逆快速傅里叶变换后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号依次进行距离徙动校正和频域去斜采样变换，得到距离徙动和频域去斜采样变换后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号，然后对所述距离徙动和频域去斜采样变换后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号进行距离维快速傅里叶变换操作，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的距离脉压信号；步骤8，对模糊数索引为m时第n'个动目标的距离脉压信号进行方位维快速傅里叶变换FFT，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的距离频域-方位频域回波信号，并利用模糊数索引为m时第n'个动目标的速度vmn'，计算得到模糊数索引为m时第n'个动目标的方位调频率γmn'，并利用所述模糊数索引为m时第n'个动目标的方位调频率γmn'对模糊数索引为m时第n'个动目标的距离频域-方位频域回波信号进行成像处理，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的成像Pmn'；步骤9，令m加1，依次重复执行步骤5到步骤8，直到得到模糊数索引为C时第n'个动目标的成像PCn'，并对此时得到的模糊数索引为-C时第n'个动目标的成像P-Cn'到模糊数索引为C时第n'个动目标的成像PCn'分别进行熵值计算，然后选择熵值最小的模糊数对应成像，作为第n'个动目标的成像，并将m重置为-C；步骤10，令n'加1，依次重复执行步骤5到步骤9，直到得到第N个动目标的成像，并将此时得到的第1个动目标的成像到第N个动目标的成像，作为N个真实动目标各自的对应成像，并根据沿航迹干涉方法分别计算N个真实动目标各自的真实运动速度。与现有技术相比，本发明具有以下优点。第一，本发明采用基于调频连续波(FrequencyModultaedContiniousWave,FMCW)的SAR雷达通过连续发射信号进行工作，波形与脉冲雷达有很大不同，基于调频连续波(FrequencyModultaedContiniousWave,FMCW)的SAR雷达发射信号的占空比很高，功率较小，因此具有体积小、质量轻、功耗低和成本低等优点，可安装在无人机等小型平台上，适装平台的灵活性和机动性可以大大提高；同时，基于调频连续波(FrequencyModultaedContiniousWave,FMCW)的SAR雷达是连续发射信号，降低了峰值功率，从而具有低截获性和抗干扰等优点，在军事和民用中具有相当广泛的应用前景；第二，本发明利用偏移相位中心天线(DisplacedPhaseCenterAntenna，DPCA)原理进行杂波相消，并利用方位去斜、锲石变换(Keystone)变换、最小熵估计模糊数对动目标进行重新聚焦，处理时间短，效率高；第三，本发明中基于调频连续波(FrequencyModultaedContiniousWave,FMCW)的SAR雷达采用频域去斜采样Dechirp-Keystone，当应用场景为小场景时，能够有效降低距离采样点数带来的大存储量与大运算量的问题。附图说明下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。图1为本发明的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法流程图；图2为动目标所在场景分布图：其中，水平方向为方位向，单位为m；竖直方向为距离向，单位为m；图3(a)为多普勒频移补偿前动目标回波包络变化图；其中，水平方向为方位时域单元，竖直方向为距离频域单元；图3(b)为多普勒频移补偿后动目标回波包络变化图；其中，水平方向为方位时域单元，竖直方向为距离频域单元；图4(a)表示杂波相消前得到的成像结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；图4(b)表示杂波相消后得到的成像结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；图5(a)为动目标M1方位去斜前得到的多普勒谱示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离时域单元；图5(b)为动目标M1方位去斜后得到多普勒谱示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离时域单元；图5(c)为动目标M1的聚焦结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；图6(a)为动目标M1的模糊数估计示意图；其中，水平方向为模糊数，竖直方向为成像熵值；图6(b)为动目标M2的模糊数估计示意图；其中，水平方向为模糊数，竖直方向为成像熵值；图6(c)为动目标M3的模糊数估计示意图；其中，水平方向为模糊数，竖直方向为成像熵值；图7(a)为动目标M2走动校正前的示意图；其中，水平方向为方位时域单元，竖直方向为距离频域单元；图7(b)为动目标M2模糊数对应的走动校正示意图；其中，水平方向为方位时域单元，竖直方向为距离频域单元；图7(c)为动目标M2进行Dechirp-Keystone变换后得到的结果示意图；其中，水平方向为方位时域单元，竖直方向为距离频域单元；图7(d)为动目标M2的粗聚焦结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；图7(e)为动目标M2的深度聚焦示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；图8(a)为方位调频率补偿前动目标M3示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；图8(b)为方位调频率补偿后动目标M3的结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；图9为使用本发明方法对动目标M4和动目标M5分别进行重聚焦后得到的结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元。具体实施方式参照图1，为本发明的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法的实现流程图；所述基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，包括以下步骤：步骤1，建立基于调频连续波的SAR雷达检测N个动目标的几何模型，选取所述N个动目标中第n个动目标作为参考动目标，并记为动目标P；在所述基于调频连续波的SAR雷达检测N个动目标的几何模型中，基于调频连续波的SAR雷达工作模式为一发多收，并且基于调频连续波的SAR雷达包含B个通道，将第1个通道作为参考通道，参考通道向N个动目标发射调频连续波信号，B个通道分别接收N个动目标的回波信号，得到B个通道分别接收的N个动目标的回波信号；n∈{1,2,…,N}。具体地，建立基于调频连续波的SAR雷达检测N个动目标的几何模型，如图2所示，在所述几何模型中，基于调频连续波的SAR雷达载机以速度va沿x轴飞行，且分别为正侧视工作，N表示基于调频连续波的SAR雷达检测范围内包含的动目标个数，选取所述N个动目标中第n个动目标作为参考动目标，并记为动目标P，动目标P的坐标为(xn,Rn)，xn表示第n个动目标的水平距离，Rn表示第n个动目标到基于调频连续波的SAR雷达载机的瞬时斜距，动目标P的横向速度为vx，动目标P的径向速度为vy；将基于调频连续波的SAR雷达载机飞行速度va与动目标P的横向速度vx的差值记为v，v＝va-vx；将动目标P坐标(xn,Rn)与基于调频连续波的SAR雷达之间的瞬时斜距记为R(t,Rn)，vy表示动目标P的径向速度，表示开方操作，表示快时间，t表示慢时间；其中，将基于调频连续波的SAR雷达的方位采样频率记为PRF，本实施例中PRF为2000Hz。所述基于调频连续波的SAR雷达录取N个动目标回波信号，得到基于调频连续波的SAR雷达回波信号然后将动目标P与基于调频连续波的SAR雷达之间的瞬时斜距R(t,Rn)在慢时间t＝0处进行三阶泰勒级数展开，得到动目标P与基于调频连续波的SAR雷达之间的瞬时斜距R(t,Rn)的三阶泰勒式其表达式为：其中，表示距离快时间，t表示方位慢时间。在所述基于调频连续波的SAR雷达检测N个动目标的几何模型中，基于调频连续波的SAR雷达工作模式为一发多收，并且基于调频连续波的SAR雷达包含B个通道，将第1个通道作为参考通道，参考通道向N个动目标发射调频连续波信号，B个通道分别接收N个动目标的回波信号，将动目标P与基于调频连续波的SAR雷达之间的瞬时斜距R(t,Rn)的三阶泰勒式代入到基于调频连续波的SAR雷达回波信号中，得到B个通道分别接收的N个动目标的回波信号，分别为参考通道接收的N个动目标的回波信号第2个通道接收的N个动目标的回波信号…，第b个通道接收的N个动目标的回波信号…，第B个通道接收的N个动目标的回波信号b∈{1,2,…,B}；所述第b个通道接收的N个动目标的回波信号其表达式为：其中，exp(·)表示指数函数，A表示第b个通道接收的N个动目标的回波信号的幅度值，所述幅度值为复常数，本实施例中所述幅度值为1；γ表示调频连续波信号的调频率，λ表示基于调频连续波的SAR雷达波长，Rn表示第n个动目标到基于调频连续波的SAR雷达载机的瞬时斜距，vy表示动目标P的径向速度，v表示基于调频连续波的SAR雷达载机飞行速度va与动目标P的横向速度vx的差值，c表示光速，ar(·)表示调频连续波信号的距离窗函数，aa(·)表示调频连续波信号的方位窗函数，表示动目标P与基于调频连续波的SAR雷达之间的瞬时斜距R(t,Rn)的三阶泰勒式，Rref表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心的参考距离，tb表示第b个通道的通道时延，b∈{1,2,…,B}，B表示基于调频连续波的SAR雷达包含的通道个数；d表示相邻通道间的距离，t表示慢时间。步骤2，对B个通道分别接收的N个动目标的回波信号分别进行成像处理，分别得到B个通道各自对应成像。步骤2的子步骤为：(2a)将B个通道分别接收的N个动目标的回波信号分别转到二维频域，即首先对B个通道分别接收的N个动目标的回波信号分别进行距离维快速傅里叶变换FFT操作，得到B个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号，然后将所述B个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号分别进行方位维快速傅里叶变换FFT操作，得到B个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号。(2b)在B个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号中选取参考通道接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号，作为基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号，并对其余B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号分别依次进行相位偏差补偿和多普勒频移补偿，对基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号进行多普勒频移补偿，分别得到经过相位偏差补偿和多普勒频移补偿后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号，以及多普勒频移补偿后基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号；所述多普勒频移补偿采用多普勒频移项进行补偿，exp(·)表示指数函数，fa表示方位多普勒频率，为快时间。(2c)对多普勒频移补偿后基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号进行方位维逆快速傅里叶变换IFFT，同时对经过相位偏差补偿和多普勒频移补偿后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号分别进行方位维逆快速傅里叶变换IFFT，即将经过相位偏差补偿和多普勒频移补偿后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号，以及多普勒频移补偿后基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位多普勒域回波信号分别由方位频域转换到方位时域，分别得到多普勒频移补偿后基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号，以及经过相位偏差补偿和多普勒频移补偿后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号。(2d)对多普勒频移补偿后基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号，以及经过相位偏差补偿和多普勒频移补偿后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号分别依次进行距离徙动校正和距离维逆快速傅里叶变换IFFT，分别得到距离徙动校正后基准通道接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号，以及距离徙动校正后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号。具体地，构造徙动校正函数HRMC，并将所述动校正函数HRMC与多普勒频移补偿后基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号，以及经过相位偏差补偿和多普勒频移补偿后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号分别进行相乘，分别得到距离徙动校正后基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号，以及距离徙动校正后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号，然后再对距离徙动校正后基准通道接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号，以及距离徙动校正后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离频域-方位时域回波信号分别进行距离维逆快速傅里叶变换IFFT，分别得到距离徙动校正后基准通道接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号，以及距离徙动校正后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号。所述徙动校正函数HRMC，其表达式为：其中，exp(·)表示指数函数，c表示光速，γ表示调频连续波信号的调频率，表示快时间，v表示基于调频连续波的SAR雷达载机飞行速度va与动目标P的横向速度vx的差值，t表示慢时间，Rs表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心最短斜距，Rref表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心的参考距离，表示快时间。(2e)确定方位去斜函数Ha，并将所述方位去斜函数Ha与距离徙动校正后基准通道接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号，以及距离徙动校正后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号分别进行相乘，分别得到方位去斜后基准通道接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号，以及方位去斜后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号，然后对所述方位去斜后基准通道接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号，以及方位去斜后B-1个通道分别接收的N个动目标的距离时域-方位时域回波信号分别进行方位维快速傅里叶变换FFT，分别得到基准通道对应成像，以及B-1个通道各自对应成像，并将所述基准通道对应成像，以及B-1个通道各自对应成像，作为B个通道各自对应成像。所述方位去斜函数Ha，其表达式为：其中，exp(·)表示指数函数，λ表示基于调频连续波的SAR雷达波长，v表示基于调频连续波的SAR雷达载机飞行速度va与动目标P的横向速度vx的差值，t表示慢时间，vy表示动目标P的径向速度，Rn表示第n个动目标到基于调频连续波的SAR雷达载机的瞬时斜距。步骤3，对B个通道各自对应成像分别依次进行杂波相消处理、动目标检测和方位维反变换，得到N个动目标的距离时域-方位时域回波信号。(3a)利用偏移相位中心天线(DisplacedPhaseCenterAntenna，DPCA)原理对B个通道各自对应成像分别进行取幅度值操作，即abs(·)，然后对相邻两个通道各自成像的幅度值进行幅值相减，即进行B个通道各自对应成像的杂波相消处理，实现杂波抑制，得到杂波相消后包含N个动目标的散焦成像；abs表示取幅度值操作。(3b)利用单元平均恒虚警检测率方法(CA-CFAR)对所述杂波相消后包含N个动目标的散焦成像进行动目标检测，得到N个动目标对应的散焦信号区域，所述N个动目标对应的散焦信号区域包含N个动目标的距离时域-方位频域信号区域和空白区域，所述空白区域没有杂波和动目标；然后对所述N个动目标对应的散焦信号区域利用编程工具中的矩形窗函数进行抠取操作，即对N个动目标的距离时域-方位频域信号区域乘以1，空白区域乘以0，进而得到N个动目标的距离时域-方位频域信号。(3c)对所述N个动目标的距离时域-方位频域信号进行方位维反变换，即对N个动目标的距离时域-方位频域信号进行方位维逆快速傅里叶变换IFFT操作，得到N个动目标的距离时域-方位时域回波信号。步骤4，对N个动目标的距离时域-方位时域回波信号进行距离维快速傅里叶变换FFT，得到距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号；分别确定初始模糊数m索引为-C，-C≤m≤C，m表示模糊数索引，C为大于0的自然数；确定n'∈{1,2,…,N}，n'表示第n'个动目标，N表示基于调频连续波的SAR雷达检测范围内包含的动目标个数，n'的初始值为1。具体地，对N个动目标的距离时域-方位时域回波信号进行距离维快速傅里叶变换FFT，得到距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号，根据高速公路上现有动目标的最大运动速度，估计得到距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号中的最大多普勒频移值，并根据基于调频连续波的SAR雷达的方位采样频率PRF，确定初始模糊数m索引为-C，-C≤m≤C，m表示模糊数索引，C为大于0的自然数，且C为多次实验后得到的经验值；本实施例中C＝5，高速公路上现有动目标的最大运动速度V为120km/h。确定n'∈{1,2,…,N}，n'表示第n'个动目标，N表示基于调频连续波的SAR雷达检测范围内包含的动目标个数，n'的初始值为1。所述距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号中的最大多普勒频移值除以基于调频连续波的SAR雷达的方位采样频率PRF并取余，进而得到初始模糊数m索引为-C；根据高速公路上现有动目标的最大运动速度V和基于调频连续波的SAR雷达波长λ，计算得到距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号中的最大多普勒频移值其中，v表示基于调频连续波的SAR雷达载机飞行速度va与动目标P的横向速度vx的差值。步骤5，依次计算得到模糊数索引为m时第n'个动目标的多普勒中心fmn'和模糊数索引为m时第n'个动目标的速度vmn'，确定模糊数索引为m时第n'个动目标的方位去斜函数Hamn'，然后选取距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号中距离维快速傅里叶变换后第n'个动目标的原始回波信号，与所述模糊数索引为m时第n'个动目标的方位去斜函数Hamn'相乘，并进行距离维逆快速傅里叶变换IFFT操作，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的原始回波信号。具体地，计算模糊数索引为m时第n'个动目标的多普勒中心fmn'，fmn'＝fdcn'0+(m-1)×PRF，其中，fdcn'0表示第n'个动目标的距离时域-方位时域回波信号中的多普勒中心初始值，所述第n'个动目标的距离时域-方位时域回波信号中的多普勒中心初始值为使用相关法对N个动目标的距离时域-方位时域回波信号进行计算得到的第n'个动目标的距离时域-方位时域回波信号中的多普勒中心初始值，PRF表示基于调频连续波的SAR雷达的方位采样频率，本实施例中PRF＝2000Hz。根据模糊数索引为m时第n'个动目标的多普勒中心fmn'，计算得到模糊数索引为m时第n'个动目标的速度vmn'，其计算公式如下：vmn'＝fmn'×λ/2λ表示基于调频连续波的SAR雷达波长。确定模糊数索引为m时第n'个动目标的方位去斜函数Hamn'，Rn'表示第n'个动目标到基于调频连续波的SAR雷达载机的瞬时斜距，然后选取距离维快速傅里叶变换后N个动目标的原始回波信号中距离维快速傅里叶变换后第n'个动目标的原始回波信号，与所述模糊数索引为m时第n'个动目标的方位去斜函数Hamn'相乘，并进行距离维逆快速傅里叶变换IFFT操作，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的原始回波信号。步骤6，利用模糊数索引为m时第n'个动目标的多普勒中心fmn'对模糊数索引为m时第n'个动目标的原始回波信号进行方位维快速傅里叶变换FFT，得到方位维快速傅里叶变换FFT后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域信号，即实现了多普勒频移补偿操作，然后再对所述方位维快速傅里叶变换FFT后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域信号进行方位维逆快速傅里叶变换IFFT，得到方位维逆快速傅里叶变换IFFT后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号。步骤7，确定模糊数索引为m时第n'个动目标的速度vmn'的距离徙动函数HRMC(vmn')，其表达式为：利用所述模糊数索引为m时第n'个动目标的速度vmn'的距离徙动函数HRMC(vmn')对方位维逆快速傅里叶变换IFFT后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号进行距离徙动校正，得到距离徙动后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号，并对所述距离徙动后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号进行频域去斜采样Dechirp-Keystone变换，即将所述距离徙动后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号中的慢时间t进行变换代换，即替换成进而完成距离弯曲校正，得到距离徙动和频域去斜采样Dechirp-Keystone变换后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号。其中，Rref表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心的参考距离，fc表示基于调频连续波的SAR雷达发射调频连续波信号的中心频率，τ表示频域去斜采样Dechirp-Keystone变换域的慢时间，/表示除的操作，表示快时间，γ表示调频连续波信号的调频率。然后，对所述距离徙动和频域去斜采样Dechirp-Keystone变换后模糊数索引为m时第n'个动目标的距离时域-方位频域信号进行距离维快速傅里叶变换FFT操作，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的距离脉压信号。步骤8，对模糊数索引为m时第n'个动目标的距离脉压信号进行方位维快速傅里叶变换FFT，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的距离频域-方位频域回波信号，并利用模糊数索引为m时第n'个动目标的速度vmn'，计算得到模糊数索引为m时第n'个动目标的方位调频率γmn'，其表达式为：其中，λ表示基于调频连续波的SAR雷达发射调频连续波信号的波长，Rs表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心最短斜距。利用模糊数索引为m时第n'个动目标的方位调频率γmn'对模糊数索引为m时第n'个动目标的距离频域-方位频域回波信号进行成像处理，所述成像处理为采用距离多普勒RD成像算法，得到模糊数索引为m时第n'个动目标的成像Pmn'。步骤9，令m加1，依次重复执行步骤5到步骤8，直到得到模糊数索引为C时第n'个动目标的成像PCn'，并对此时得到的模糊数索引为-C时第n'个动目标的成像P-Cn'到模糊数索引为C时第n'个动目标的成像PCn'分别进行熵值计算，然后选择熵值最小的模糊数对应成像，作为第n'个动目标的成像，并将m重置为-C。步骤10，令n'加1，依次重复执行步骤5到步骤9，直到得到第N个动目标的成像，并将此时得到的第1个动目标的成像到第N个动目标的成像，作为N个真实动目标各自的对应成像，并根据沿航迹干涉方法分别计算N个真实动目标各自的真实运动速度。本发明的效果可通过一下仿真进一步说明：(一)仿真实验条件：仿真在MATLAB7.0软件下进行，调频连续波雷达工作在正侧视条带SAR模式下，工作参数如表1所示。表1仿真场景中设置了30个点目标，其中包含25个静止目标和5个动目标，坐标分布如仿真1所示，5个动目标分别有不同程度的速度模糊，为了凸显本发明方法的优势，本发明对杂波抑制后难以提取的目标成像，选取信噪比为0dB，具体幅度与速度参数如表2所示。表2动目标M1M2M3M4M5幅度1110.050.05径向速度(m/s)2134-10-47-49沿航向速度(m/s)001000模糊数索引12-1-3-3(二)仿真实验内容：仿真1：仿真场景中设置了30个点目标，其中包含25个静止目标和5个动目标，坐标分布如图2所示；参照图2，为动目标所在场景分布图：其中，水平方向为方位向，单位为m；竖直方向为距离向，单位为m。仿真2：基于调频连续波的SAR雷达区别于常规脉冲SAR雷达的一个重要区别是脉冲内部的多普勒偏移，如果不对其进行补偿，会导致目标成像质量下降；同时目标径向速度造成的走动比较大，而脉内多普勒偏移造成的走动一般在1到2个距离单元；为了更清晰的显示多普勒频移补偿前后的差别，本仿真2取一个静止目标进行分析，如3(a)和图3(b)所示，图3(a)为多普勒频移补偿前动目标回波包络变化图，图3(b)为多普勒频移补偿后动目标回波包络变化图；3(a)和图3(b)中的水平方向分别为方位时域单元，竖直方向分别为距离频域单元。由图3(a)可知，多普勒频移补偿前，信号走动了一个距离单元，呈现出距离弯曲的左右不对称性；由图3(b)可知多普勒频移补偿后，其对应的走动被校正，只存在距离弯曲，并且当基于调频连续波的SAR雷达载机速度增大时，走动校正效果更为明显。仿真3：图4(a)为杂波相消前得到的成像结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；图4(a)表明静止点目标成像结果良好，而动目标则具有不同程度的散焦，且动目标的信杂噪比较低，此时，动目标淹没在静止杂波中。为了检测到动目标，需要对杂波进行抑制，本仿真3采用双通道偏移相位中心天线DPCA方法进行杂波相消，图4(b)为杂波相消后得到的成像结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元，图4(b)表示杂波被极大程度地抑制，利用恒虚警CFAR原理逐个检测5个动目标，归类后分别记录其距离位置，方便后续去斜函数的构造。其中，被剩余杂波和噪声淹没的动目标M4和动目标M5为弱小快速动目标，弱小快速动目标信杂噪比较低，难以检测，常规方法很难准确获得该动目标M4和动目标M5各自的模糊数；而采用本发明方法，能够聚焦弱小快速动目标M4和动目标M5，极大地提高信杂噪比，方便后续对该动目标M4和动目标M5分别进行提取和进一步处理。仿真4：图5(a)为动目标M1方位去斜前得到的多普勒谱示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离时域单元；图5(b)为动目标M1方位去斜后得到多普勒谱示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离时域单元。由图5(a)可以看出，方位去斜之前，动目标M1频谱分裂严重，会导致虚假目标的产生；由图5(b)可知，动目标M1多普勒谱得到压缩，避免了频谱分裂的出现；采用本发明方法对动目标M1进行成像，得到如5(c)所示结果，图5(c)为动目标M1的聚焦结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；从图5(c)可以看出，动目标M1聚焦良好。仿真5：图6(a)为动目标M1的模糊数估计示意图；其中，水平方向为模糊数，竖直方向为成像熵值；图6(b)为动目标M2的模糊数估计示意图；其中，水平方向为模糊数，竖直方向为成像熵值；图6(c)为动目标M3的模糊数估计示意图；其中，水平方向为模糊数，竖直方向为成像熵值；根据估计得到的模糊数能够对动目标进行更好聚焦；杂波抑制后，动目标M4和动目标M5未被检测到，此时无法估计其模糊数。仿真6：图7(a)为动目标M2走动校正前的示意图；其中，水平方向为方位时域单元，竖直方向为距离频域单元，其中较大的径向速度引起相当大的包络距离走动，会影响后续动目标的聚焦效果，需要进一步处理；图7(b)为动目标M2模糊数对应的走动校正示意图；其中，水平方向为方位时域单元，竖直方向为距离频域单元，此时动目标M2包络走动的主要部分被校正，只存在基带径向速度和方位位置带来的走动；图7(c)为动目标M2进行Dechirp-Keystone变换后得到的结果示意图；其中，水平方向为方位时域单元，竖直方向为距离频域单元，动目标M2包络走动全部得到校正；图7(d)为动目标M2的粗聚焦结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元，由7(d)可知，该动目标M2方位存在严重散焦，散焦原因是该动目标M2方位位置不在场景中心，导致方位傅里叶变换前相位中含有慢时间的二次相位项，虽然包络已经不存在距离徙动，但二次相位项影响了目标的方位脉压，使用本发明方法进行处理，得到如图7(e)所示结果，图7(e)为动目标M2的深度聚焦示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元。仿真7：图8(a)为方位调频率补偿前动目标M3示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元；因动目标M3存在沿航向速度，导致其方位向散焦，经过方位调频率补偿处理后，便能够得到聚焦良好的图像，结果如8(b)所示，图8(b)为方位调频率补偿后动目标M3的结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元。上述操作完成了对动目标M1到动目标M3的检测与成像，然后进行信杂噪比较低的动目标M4和动目标M5的检测与成像。仿真8：图9为使用本发明方法对动目标M4和动目标M5分别进行重聚焦后得到的结果示意图；其中，水平方向为方位频域单元，竖直方向为距离频域单元，由于模糊数相同，动目标M4和动目标M5同时聚焦，并从背景杂波和噪声中清晰地显现出来。综合上述处理结果，可以发现本发明方法避免了多普勒分裂带来的问题，能够对快速动目标进行有效地检测与成像，同时具备对模糊数相同的动目标同时聚焦的优点，验证了本发明的正确性，有效性和可靠性。显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。当前第1页1 2 3