一种基于InISAR系统的运动目标探测方法
【技术领域】
[0001 ]本发明属于雷达成像和信号处理技术领域，具体涉及雷达目标探测技术、逆合成孔径雷达高分辨率成像技术、干涉雷达技术、匹配照射技术，特别是涉及一种基于InISAR(Interferometric Inverse Synthetic Aperture Radar，干涉逆合成孔径雷达)系统的运动目标探测方法。
【背景技术】
[0002]随着雷达技术的发展，其带宽不断增加。与窄带雷达相比，宽带雷达有更高的目标分辨能力，其在高分辨率雷达成像，自动目标识别等领域获得了广泛关注。图8为实际飞机的二维高分辨率成像结果示意图，给出了宽带雷达获得的目标高分辨率成像结果。与之相对应，研究宽带雷达情况下的目标探测问题具有重要意义。
[0003]在宽带雷达中，通常认为目标由许多散射点构成，其目标脉冲响应(等同于目标识别中常用的术语“复距离像”)分布在多个距离单元。目标脉冲响应作为目标的先验知识，可用于提高目标的探测性能。例如，匹配照射就是在已知目标脉冲响应的情况下，构建一个能匹配特定目标的探测系统(具体参见:Gjessing，Dag Τ..Target adaptive matchedilluminat1n radar:principles&applicat1ns[M].Peter Peregrinus Ltd.，1986)。其本质是通过距离向的能量积分提高目标的探测性能。然而，匹配照射中的两个重要问题限制了其应用。第一，由于目标和雷达之间的相对姿态在雷达照射时间内不断变化，匹配照射中的匹配发射波形随慢时间变化较快，而雷达发射机通常难以产生随慢时间捷变的匹配发射波形;第二，固定不变的匹配发射波形将导致匹配照射结果随慢时间变化严重，即慢时起伏问题。这些问题使匹配照射难以直接应用于实际的目标探测中。
[0004]2003年，李道京等人提出了一种联合使用SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)成像技术和匹配照射处理的目标探测方法(具体参见:李道京，张麟兮，顾红，“基于SAR成像的匹配照射技术与其在半主动雷达导引头中的应用[C]”，《CSAR》，西安，2003)。该方法先在距离-多普勒域中获得目标的二维高分辨率成像结果，然后滤除杂波区域，并将滤波后的图像通过慢时间傅里叶逆变换到二维时域，获取目标脉冲响应。令发射信号等于目标脉冲响应时间反褶后的复共轭，其与实际目标在空间中自动完成卷积，在回波中产生一个类似狄拉克函数的窄尖峰。这样，雷达接收到回波的同时就能完成目标探测。这一方法同样适用于将ISAR(InverseSynthetic Aperture Radar，逆合成孔径雷达)技术和匹配照射联合使用，且ISAR中杂波较小，滤波处理常可省略。
[0005]国外有关匹配照射的研究工作主要集中在匹配发射波形的优化设计方面，并取得了一定的研究成果(具体参见:Ahmad，F.and Amin,M.G.,Matched-1Iluminat1n waveformdesign for a multistatic through-the-walI radar system[J]，IEEE J.Sel.TopicsSignal Process.,2010,4,(I),pp.177-186；Romero,R.A.，JunhyeongBae，and Goodman，N.A.Theory and applicat1n of SNR and mutual informat1n matched illuminat1nwaveforms [J].1EEE Trans.Aerosp.Electron.Syst.,2011,47, (2) ,pp.921-926)。然而，关于匹配发射波形产生困难及匹配照射结果随慢时间起伏严重等问题的研究尚未见公开报道。
【发明内容】
[0006]有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于InISAR系统的运动目标探测方法，以解决匹配照射中匹配发射波形产生困难及匹配照射结果随慢时间起伏严重的问题。
[0007]为解决上述问题，本发明提出了一种基于InISAR系统的运动目标探测方法，包括以下步骤:
[0008]训练阶段:
[0009]步骤S1:通过两个天线分别获得目标脉冲响应；
[0010]步骤S2:将两个天线获取的目标脉冲响应做干涉处理，获得干涉信号；
[0011 ]步骤S3:对所述干涉信号，利用主成分分析处理生成主成分分析模板；
[0012]实际测试阶段:
[0013]步骤S4:通过两个天线分别获得目标脉冲响应；
[0014]步骤S5:将两个天线获取的目标脉冲响应做干涉处理，获得干涉信号；
[0015]步骤S6:对所述干涉信号，利用训练阶段生成的所述主成分分析模板进行距离向匹配滤波，得到距离向积分信号；
[0016]步骤S7:对所述距离向积分信号，利用慢时间傅里叶变换得到慢时间积分信号；
[0017]步骤S8:利用所述慢时间积分信号实现距离-多普勒域目标探测。
[0018]基于上述技术方案可知，本发明的运动目标探测方法相对于现有技术具有如下有益效果:
[0019]1、本发明在信号处理环节利用匹配滤波实现距离向能量积分，等效实现匹配照射提高目标探测性能的效果，不需要额外产生匹配发射波形，使系统得以简化；
[0020]2、本发明利用干涉处理减小目标脉冲响应中各距离门信号的随机初相位随慢时间变化不一致的问题，减弱了匹配滤波后的距离向积分信号随慢时间的起伏；
[0021 ] 3、本发明对模板形成时(SNR(Signal-to_Noise Rat1，信噪比)应大于等于20分贝)的干涉信号，利用PCA(Principal Component Analysis，主成分分析)方法得到PCA模板用于匹配滤波，进一步减弱了匹配滤波后的距离向积分信号随慢时间的起伏。
[0022]总之，本发明的运动目标探测方法不需要产生匹配发射波形，即可等效实现匹配照射，并解决匹配照射结果随慢时间起伏严重的问题，通过二维积分可提高对运动目标的探测性能。
【附图说明】
[0023]图1示出了本发明的基于InISAR系统的运动目标探测方法的几何原理示意图；
[0024]图2示出了本发明的基于InISAR系统的运动目标探测方法的流程图；
[0025]图3(a)示出了本发明的不加噪声仿真及低SNR仿真中所用的飞机模型，图3(b)示出了所述飞机模型的ISAR成像结果；
[0026]图4(a)示出了本发明的不加噪声仿真中目标脉冲响应的幅度图，图4(b)示出了所述不加噪声仿真中所有1024个目标脉冲响应的相位图，图4(c)示出了所述不加噪声仿真中干涉信号的干涉相位图；
[0027]图5(a)示出了本发明的不加噪声仿真的干涉处理前距离向匹配滤波得到的距离向积分信号，图5(b)示出了所述不加噪声仿真的干涉处理后距离向匹配滤波得到的距离向积分信号；
[0028]图6(a)示出了本发明的不加噪声仿真的干涉处理前的相关系数，图6(b)示出了所述不加噪声仿真的干涉处理后的相关系数；
[0029]图7(a)示出了本发明的低SNR仿真的脉冲压缩结果，图7(b)示出了所述低SNR仿真的干涉处理前距离向匹配滤波得到的距离向积分信号，图7(c)示出了所述低SNR仿真的干涉处理后距离向匹配滤波得到的距离向积分信号，图7(d)示出了所述低SNR仿真的干涉处理前距离向匹配滤波得到的距离向积分信号经慢时间傅里叶变换得到的