基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法与流程

技术特征：

1.一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，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f_mn'和模糊数索引为m时第n'个动目标的速度v_mn'，确定模糊数索引为m时第n'个动目标的方位去斜函数H_amn'，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H_amn'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f_mn'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v_mn'的距离徙动函数H_RMC(v_mn')，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v_mn'，计算得到模糊数索引为m时第n'个动目标的方位调频率γ_mn'，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γ_mn'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P_mn'；

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P_Cn'，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P_Cn'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。

2.如权利要求1所述的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，在步骤1中，所述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，具体为：

在所述几何模型中，基于调频连续波的SAR雷达载机以速度v_a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(x_n,R_n)，x_n表示第n个动目标的水平距离，R_n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v_x，动目标P的径向速度为v_y；将基于调频连续波的SAR雷达载机飞行速度v_a与动目标P的横向速度v_x的差值记为v，v＝v_a-v_x；将动目标P坐标(x_n,R_n)与基于调频连续波的SAR雷达之间的瞬时斜距记为R(t,R_n)， v_y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。

3.如权利要求1所述的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，在步骤1中，所述得到B个通道分别接收的N个动目标的回波信号，还包括：

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,R_n)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,R_n)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雷达包含B个通道，且第1个通道为参考通道，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,R_n)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；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，R_n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，v_y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v_a与动目标P的横向速度v_x的差值，c表示光速，a_r(·)表示调频连续波信号的距离窗函数，a_a(·)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,R_n)的三阶泰勒式，R_ref表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心的参考距离，t_b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。

4.如权利要求1所述的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，在步骤2中，所述分别得到B个通道各自对应成像，其过程为：

(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；

(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，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，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，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；

(2e)确定方位去斜函数H_a，并将所述方位去斜函数H_a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。

5.如权利要求4所述的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，所述多普勒频移补偿，其采用多普勒频移项进行补偿；

所述徙动校正函数H_RMC，其表达式为：

所述方位去斜函数H_a，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，t表示慢时间，R_s表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心最短斜距，R_ref表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心的参考距离；f_a表示方位多普勒频率，为快时间，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v_a与动目标P的横向速度v_x的差值，t表示慢时间，v_y表示动目标P的径向速度，R_n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。

6.如权利要求1所述的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，步骤3的子步骤为：

(3a)利用偏移相位中心天线DPCA原理对B个通道各自对应成像分别进行取幅度值操作，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，得到杂波相消后包含N个动目标的散焦成像；

(3b)利用单元平均恒虚警检测率方法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。

7.如权利要求1所述的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，在步骤5中，所述模糊数索引为m时第n'个动目标的多普勒中心f_mn'， f_mn'＝f_dcn'0+(m-1)×PRF；

所述模糊数索引为m时第n'个动目标的速度v_mn'，其计算公式如下：

v_mn'＝f_mn'×λ/2

所述模糊数索引为m时第n'个动目标的方位去斜函数H_amn'，

其中，f_dcn'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，PRF表示基于调频连续波的SAR雷达的方位采样频率，R_n'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，λ表示基于调频连续波的SAR雷达波长。

8.如权利要求1所述的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，在步骤7中，所述模糊数索引为m时第n'个动目标的速度v_mn'的距离徙动函数H_RMC(v_mn')，其表达式为：

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

其中，R_ref表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心的参考距离，f_c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。

9.如权利要求1所述的一种基于调频连续波的SAR雷达动目标检测与成像方法，其特征在于，在步骤8中，所述模糊数索引为m时第n'个动目标的方位调频率γ_mn'，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，R_s表示基于调频连续波的SAR雷达所在场景中心最短斜距。