专利名称：单通道sar地面运动目标成像方法
技术领域：
本发明属于信号处理技术领域，更进一步涉及机载单通道雷达技术领域中的一种单通道合成孔径雷达(SAR)地面运动目标成像方法。本方法可以有效地对地面运动目标成像、定位和准确的估计运动参数。
背景技术：
合成孔径雷达成像技术对于地面静止的场景，只要雷达运动平台的轨迹已知， 雷达和目标的相对位移就精确知道，通过匹配滤波处理可以得到高分辨的合成孔径雷达 (SAR)图像。然而，对地面的运动目标情况就不同了，因为运动目标的运动信息在大多数情况下没有先验的知识，若用静止目标估计得到的多普勒参数进行匹配滤波处理，运动目标将不能有效地相干积累，会出现目标散焦和方位错位，无法对运动目标成像、定位和运动参数估计。对合成孔径雷达(SAR)系统中的运动目标处理一般要经过运动目标检测、成像、 定位和运动参数估计。在多通道SAR和高信噪比的单通道SAR系统中检测和提取动目标技术已经相对成熟。本专利主要公开在SAR系统中对地面运动目标成像、定位和运动参数估计的方法。易航、黄晓涛、李杨寰等人在论文“一种单通道SAR对多个地面动目标定位的方法”(计算机仿真，2010，27 (6))中提出了一种单通道合成孔径雷达正侧视工作模式下对多个地面动目标定位的方法。该方法首先分析了多个运动目标回波信号的特征，接着根据运动目标回波信号及其频谱的特征估计出每个运动目标的多普勒中心和多普勒调频率，再利用多普勒参数的估计结果实现距离走动校正，并计算动目标的运动参数，最后对动目标重新聚焦得到其初始时刻的图像，完成运动目标的定位。该方法存在的不足是仅适用于解线频调数据(Dechirp)或者距离弯曲比较小的数据，对于高分辨的合成孔径雷达(SAR)数据， 由于距离弯曲较大，此方法受到限制。另外，此论文中假设运动目标的信号模型仅具有沿航向速度和径向速度，当相干积累时间内存在机动的运动目标时，此方法受到限制。清华大学申请的专利“一种合成孔径雷达运动目标成像方法”(申请号 200510076603.0，公开号CN 1769925A)中提出了一种合成孔径雷达运动目标成像方法。 该方法首先完成距离压缩，然后对每个相干处理间隔中的目标作检测，“质心”凝聚处理后， 做相干处理间隔之间的质心点迹跟踪，得到目标的多普勒参数和距离徙动序列，之后做距离徙动校正，方位聚焦，最后标识聚焦运动目标像。该方法存在的不足是，该方法中的运动目标检测方法利用运动目标的多特征“质心”凝聚分类来实现，因此该方法是对每个运动目标的包络和相位分别进行距离徙动校正和自聚焦处理，处理计算量比较大。而且该方法的相关脉冲积累(CPI)的选择不当会引起检测运动目标的性能下降和系统计算复杂度的增加
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种单通道合成孔径雷达(SAR)地面运动目标成像方法。实现本发明目的的基本思路是首先，利用二阶广义楔石(Keystone)变换对包含运动目标的距离压缩后数据进行距离弯曲校正；其次，根据运动目标回波包络的斜率进行距离走动校正；然后，对运动目标进行多普勒频谱分析，即根据运动目标相对静止目标的多普勒频率偏移估计运动目标的径向速度，根据运动目标的多普勒调频率和多普勒频谱宽度估计运动目标的沿航向速度和径向加速度；最后，由估计得到的运动目标的多普勒中心频率和多普勒调频率构造合适的匹配滤波器进行方位压缩，完成对地面运动目标的成像和定位。实现本发明目的的具体步骤如下(1)校正距离弯曲la)采用距离匹配滤波方法对雷达接收的回波数据进行距离压缩；lb)对距离压缩后的数据进行二阶广义楔石(Keystone)变换将距离压缩后的数
据方位慢时间用下式变量替换，完成对所有静止目标、运动目标的距离弯曲的校正
权利要求
1.单通道SAR地面运动目标成像方法，包括如下步骤(1)校正距离弯曲la)采用距离匹配滤波方法对雷达接收的回波数据进行距离压缩；lb)对距离压缩后的数据进行二阶广义楔石(Keystone)变换将距离压缩后的数据方位慢时间用下式变量替换，完成对所有静止目标、运动目标的距离弯曲的校正 ι
2.根据权利1要求所述的单通道SAR地面运动目标成像方法，其特征在于，步骤la)所述的距离匹配滤波方法为将回波信号在距离频域乘以距离匹配滤波参考信号，完成回波信号的距离压缩
3.根据权利1要求所述的单通道SAR地面运动目标成像方法，其特征在于，步骤2b)所述的时域校正距离走动的方法是，将距离压缩后的运动目标信号在时域乘以距离走动参考信号，完成运动目标距离走动的校正 其中，Srmv为距离走动参考信号，exp(0表示指数，j表示指数的相位，fr为信号的距离向频率，k为运动目标回波包络的斜率，、为二阶广义楔石(Keystone)变换后的方位慢时间。
4.根据权利1要求所述的单通道SAR地面运动目标成像方法，其特征在于，步骤5a)所述的多普勒中心补零方法是，将距离弯曲、距离走动校正后的运动目标信号在时域乘以多普勒中心参考信号，完成运动目标的多普勒中心频率补零
5.根据权利1要求所述的单通道SAR地面运动目标成像方法，其特征在于，步骤5b)所述的方位匹配滤波方法是，将距离弯曲、距离走动校正后的运动目标信号在频域乘以匹配滤波参考信号，完成运动目标的方位压缩
全文摘要
本发明公开一种单通道SAR地面运动目标成像方法，其步骤包括(1)校正距离弯曲；(2)校正距离走动；(3)估计多普勒参数；(4)估计运动参数；(5)方位压缩；(6)循环以上步骤直到处理完所有运动目标。本发明通过利用二阶Keystone变换校正运动目标回波数据的距离弯曲，具有对高分辨的SAR数据成像的优点；通过统一对所有静止目标、运动目标的距离弯曲的校正，克服了现有技术的计算量大的缺点；通过建立二阶运动目标成像模型，不仅可以对机动的运动目标进行参数估计和成像，而且可以从速度和加速度等方面对运动目标的运动状态进行更准确的描述。
文档编号G01S7/41GK102353953SQ20111027458
公开日2012年2月15日 申请日期2011年9月15日 优先权日2011年9月15日
发明者保铮, 周峰, 黄大荣 申请人:西安电子科技大学