本发明属于高轨合成孔径雷达测试技术领域，尤其涉及一种机载合成孔径雷达动目标检测外场试验方法。
背景技术：
高轨合成孔径雷达对感兴趣目标，尤其是舰船目标检测过程中，由于舰船目标船体结构及散射特性复杂，同时受海面风浪等环境因素影响，舰船目标和海杂波进行着复杂的非线性运动，回波信号相干积累需要对舰船运动进行补偿，因此需要对高轨合成孔径雷达是否对动目标具有良好的检测效果进行验证。为充分验证高轨合成孔径雷达动目标成像及检测技术的可行性，需要开展验证试验。对于星载合成孔径雷达系统的验证试验包括两类方法：
第一类方法是计算机仿真测试，利用计算机软件完成雷达信号回波模拟和仿真处理，从而完成系统测试；
第二类方法是实际外场试验，将合成孔径雷达安装在飞机等运动平台上，通过发射机和接收机完成信号的发射和回波的采集，在机上或地面进行信号处理，从而完成系统测试。
然而，具有复杂散射特性以及非线性运动的感兴趣目标，如舰船目标难以通过仿真实验进行有效的模拟和仿真。在缺少高轨合成孔径雷达实测数据，低轨合成孔径雷达卫星合成孔径时间太短，高轨合成孔径雷达卫星合成孔径时间较长的情况下，不能采用低轨合成孔径雷达对动目标的检测结果验证高轨合成孔径雷达动目标检测技术。也就是说，现有测试方法无法满足对高轨合成孔径雷达动目标检测技术的验证。
技术实现要素：
为解决上述问题，本发明提供一种机载合成孔径雷达动目标检测外场试验方法，为验证高轨合成孔径雷达动目标检测技术的可行性提供支撑。
一种机载合成孔径雷达动目标检测外场试验方法，包括以下步骤：
s1：模拟与感兴趣目标的六自由度的运动特征等效的动目标；
s2：获取与高轨合成孔径雷达等效的飞行参数，其中，所述飞行参数包括方位向分辨率、距离向分辨率、信噪比、合成孔径时间以及斜视角；
s3：机载合成孔径雷达根据所述飞行参数向动目标所在的待观测区域发射雷达信号并接收回波信号；
s4：对所述回波信号进行恒虚警率检测，得到所述动目标的外场测试图像。
较佳的，所述感兴趣目标为舰船目标。
较佳的，模拟获取与感兴趣目标的六自由度的运动特征等效的动目标具体为：
获取在设定级别海况的真实海域中，感兴趣目标的平动特性和转动特性；
根据所述平动特性和转动特性，控制真实海域中动目标的运动，使得动目标的六自由度的运动特征与感兴趣目标的六自由度的运动特征之间的误差小于设定阈值。
较佳的，模拟获取与感兴趣目标的六自由度的运动特征等效的动目标具体为：
在近海区域人为制造设定级别的波浪，然后获取近海区域中的感兴趣目标模型的平动特性和转动特性；其中，感兴趣目标模型与所述感兴趣目标的大小成设定比例；
根据所述平动特性和转动特性，控制近海区域中动目标的运动，使得动目标的六自由度的运动特征与感兴趣目标模型的六自由度的运动特征之间的误差小于设定阈值。
较佳的，所述获取与高轨合成孔径雷达等效的飞行参数具体包括以下步骤：
s201：将高轨合成孔径雷达的运动速度下降μ倍后的运动速度，作为机载合成孔径雷达的运动速度，从而实现高轨合成孔径雷达方位向分辨率的等效，其中，μ为高轨合成孔径雷达的作用距离与机载合成孔径雷达的作用距离的比值；
s202：将高轨合成孔径雷达发射的雷达信号的带宽，作为机载合成孔径雷达发射的雷达信号的带宽，从而实现高轨合成孔径雷达距离向分辨率的等效；
s203：基于高轨合成孔径雷达的信噪比与机载合成孔径雷达的信噪比相等的条件下，获取机载合成孔径雷达在设定的发射效率、作用距离、运动速度以及损耗系数情况下的发射功率与天线面积，从而实现高轨合成孔径雷达信噪比的等效；
s204：基于高轨合成孔径雷达的方位向分辨率与机载合成孔径雷达的方位向分辨率等效的条件下，将高轨合成孔径雷达的合成孔径时间作为机载合成孔径雷达的合成孔径时间，从而实现高轨合成孔径雷达合成孔径时间的等效；
s205：将大于高轨合成孔径雷达斜视角的值作为机载合成孔径雷达的斜视角，从而实现高轨合成孔径雷达斜视角的等效。
有益效果：
本发明提供一种机载合成孔径雷达动目标检测外场试验方法，能够实现高轨合成孔径雷达的等效，使得机载合成孔径雷达能够录取长合成孔径时间的动目标回波数据，为验证高轨合成孔径雷达动目标检测技术的可行性提供支撑。
本发明的一种机载合成孔径雷达动目标检测外场试验方法，除了适用于舰船目标的成像试验，还适用于水体、农作物和林地等时敏目标进行长合成孔径时间下的成像试验。
附图说明
图1为本发明提供的一种机载合成孔径雷达动目标检测外场试验方法的流程图。
图2为本发明提供的高轨合成孔径雷达和机载合成孔径雷达的成像示意图；
图3为本发明提供的动目标检测外场试验场景示意图；
图4为本发明提供的动目标检测外场试验直升机飞行线路示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
参见图1，该图为本实施例提供的一种机载合成孔径雷达动目标检测外场试验方法的流程图。一种机载合成孔径雷达动目标检测外场试验方法，包括以下步骤：
s1：获取与感兴趣目标的六自由度的运动特征等效的动目标。
需要说明的是，物体在空间具有六个自由度，即沿x、y、z三个直角坐标轴方向的移动自由度和绕这三个坐标轴的转动自由度。也就是说，感兴趣目标在直角坐标系oxyz中可以有3个平移运动和3个转动。3个平移运动分别是沿x,y,z轴的平移运动，3个转动分别是绕x,y,z轴的转动，则把上述6个独立运动称做6个自由度。
可选的，所述感兴趣目标为舰船目标。
下面介绍获取与感兴趣目标的六自由度的运动特征等效的动目标的两种方法。
第一种方法为：获取在设定级别海况的真实海域中，感兴趣目标的平动特性和转动特性；
根据所述平动特性和转动特性，控制真实海域中动目标的运动，使得动目标的六自由度的运动特征与感兴趣目标的六自由度的运动特征之间的误差小于设定阈值。
第二种方法为：在近海区域中人为制造设定级别的波浪，然后获取近海区域中的感兴趣目标模型的平动特性和转动特性；其中，感兴趣目标模型与所述感兴趣目标的大小成设定比例；
根据所述平动特性和转动特性，控制近海区域中动目标的运动，使得动目标的六自由度的运动特征与感兴趣目标模型的六自由度的运动特征之间的误差小于设定阈值。
需要说明的是，设定级别的海况可以为1～5级，其中1级海况为波纹或涌浪和波纹同时存在；2级海况为波浪很小波峰开始破裂，浪花不显白色而呈玻璃色；3级海况为波浪不大，但很触目，波峰破裂，其中有些地方形成白色浪花—白浪；4级海况的波浪具有明显的形状，到处形成白浪；5级海况为出现高大的波峰，浪花占了波峰上很大面积，风开始削去波峰上的浪花。
s2：获取与高轨合成孔径雷达等效的飞行参数，其中，所述飞行参数包括方位向分辨率、距离向分辨率、信噪比、合成孔径时间以及斜视角。
所述获取与高轨合成孔径雷达等效的飞行参数具体包括以下步骤：
s201：将高轨合成孔径雷达的运动速度下降μ倍后的运动速度，作为机载合成孔径雷达的运动速度，从而实现高轨合成孔径雷达方位向分辨率的等效，其中，μ为高轨合成孔径雷达的作用距离与机载合成孔径雷达的作用距离的比值。
需要说明的是，方位向分辨率等效需要高轨合成孔径雷达与机载合成孔径雷达对应相同的视角变化范围。如图2所示，在相同的时间采样间隔内，高轨合成孔径雷达波束与机载合成孔径雷达波束的空间变化角度一致，即满足：
其中，r1(ta)和rplane(ta)分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达，如geosar的瞬时斜距，v1(ta)和v2(ta)分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的瞬时速度，δta为对应的方位向采样间隔。
机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的差异主要体现在作用距离的大幅度缩短，若将两者作用距离比值近似为一个常数的倍数μ≈r2(0)/r1(0)，那么v1(ta)≈v2(ta)/μ，也即将高轨合成孔径雷达的飞行速度下降μ倍即可实现方位向分辨率的等效。
s202：将高轨合成孔径雷达发射的雷达信号的带宽，作为机载合成孔径雷达发射的雷达信号的带宽，从而实现高轨合成孔径雷达距离向分辨率的等效。
s203：基于高轨合成孔径雷达的信噪比与机载合成孔径雷达的信噪比相等的条件下，获取机载合成孔径雷达在设定的发射效率、作用距离、运动速度以及损耗系数情况下的发射功率与天线面积，从而实现高轨合成孔径雷达信噪比的等效。
需要说明的是，由雷达方程知道，回波信号散射能量主要由天线面积、发射功率、动目标后向散射系数以及信号传播损耗决定，根据两者斜距大小，通过调整机载合成孔径雷达的天线面积及发射功率大小，可以使机载试验回波信号信噪比和高轨合成孔径雷达的信噪比处于同一水平。
公式(2)左右两边分别为机载合成孔径雷达信噪比与高轨合成孔径雷达信噪比的计算公式，其中，pav1与pav2分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的平均发射功率，σ0为动目标的后向散射面积，ρ为地面分辨率，a1与a2分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的天线面积，η1与η2分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的发射效率，λ为载波波长，r1与r2分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的作用距离，v1与v2分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的雷达运动速度，l1与l2为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的损耗系数，k为波尔兹曼常数；t为接收机的噪声温度。
s204：基于高轨合成孔径雷达的方位向分辨率与机载合成孔径雷达的方位向分辨率等效的条件下，将高轨合成孔径雷达的合成孔径时间作为机载合成孔径雷达的合成孔径时间，从而实现高轨合成孔径雷达合成孔径时间的等效。
需要说明的是，在机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达方位向分辨率等效的前提下，两者的合成孔径时间也是等效的，即满足：
式中r1与r2分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的最短斜距，ρa1与ρa2分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的方位向分辨率，v1与v2分别为机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的方位向等效速度。
s205：将大于高轨合成孔径雷达斜视角的值作为机载合成孔径雷达的斜视角，从而实现高轨合成孔径雷达斜视角的等效。
需要说明的是，高轨合成孔径雷达在轨成像的最大地斜角为±60°，其对应的斜视角最大约±7.6°，因此本实施例中机载合成孔径雷达的斜视角为10°，由此可实现机载合成孔径雷达与高轨合成孔径雷达的斜视角等效。
s3：机载合成孔径雷达根据所述飞行参数向动目标所在的待观测区域发射雷达信号并接收回波信号。
参见图3，该图为本实施例提供的动目标检测外场试验场景示意图。参见图4，该图为本实施例提供的动目标检测外场试验直升机飞行线路示意图。需要说明的是，机载合成孔径雷达根据所述飞行参数向动目标发射雷达信号时，可以将机载合成孔径雷达安装在无人机、直升机或者飞艇的吊舱里，将位于海岛海域附近的中大型舰船作为动目标，并在海岛上放置十字形角反射器阵列，形成试验的待观测区域；然后，载有所述机载合成孔径雷达的无人机、直升机或者飞艇以2km的高度，与海岸线4～6km的距离，匀速直线飞过上述待观测区域，同时发射雷达信号。此外，回波信号通过机载合成孔径雷达的数据记录器进行记录。
s4：对所述回波信号进行恒虚警率检测，得到所述动目标的外场测试图像。
由此可见，本实施例提的供一种高轨合成孔径雷达动目标检测外场试验方法，通过慢速飞行的机载合成孔径雷达录取长合成孔径时间的海面舰船目标回波数据，并实现回波信号特性与高轨合成孔径雷达等效，为验证高轨合成孔径雷达舰船目标检测技术的可行性提供支撑。
当然，本发明还可有其他多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当然可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。