专利名称：针对具有高径向速度目标的单通道合成孔径雷达动目标检测方法
技术领域：
本发明涉及合成孔径雷达信号处理技术领域，特别涉及单通道合成孔径雷达动目标检测方法。
背景技术：
地面动目标检测(Ground Moving Target Indication:GMTI)与成像一直是现代雷达要完成的基本功能之一。随着合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar:SAR)的广泛应用，基于该平台的地面运动目标检测与成像技术将在未来发挥重要的作用。然而传统的合成孔径雷达是为静止目标成像而设计的，当对运动目标进行检测和成像时，静止目标的回波变成了杂波干扰，需尽量加以滤除。若采用静止目标的参数对运动目标进行成像，运动目标会在合成孔径雷达图像中出现模糊，散焦和方位位置偏移等现象，并淹没在杂波中无法分辨。因此如何正确地检测运动目标是一个亟待解决的问题。目前在动目标检测领域，主要包括单通道和多通道两大类检测方法。考虑到多通道的硬件系统较为复杂，成本高，而且国内现有的大多数机载合成孔径雷达系统均为单通道系统，对它们进行多通道改造比较困难。因此单通道动目标检测方法一直是国内外的研究热点。现有的单通道动目标检测方法主要包括:频域检测法和图像域检测法。下面分别进行介绍:①频域检测法:该类方法是利用运动目标和杂波的多普勒频谱存在偏差的特点分离动静目标。美国科学家R.K.Raney详细分析了运动目标的方位向和径向速度及加速度对合成孔径雷达成像的影响并提出了频域滤波法和相位滤波法(参见:R.K.Raney.Synthetic Aperture Imaging Radar and Moving Targets.1EEE Transactions onAerospace and Electronic System, 1971);②图像域检测法:该类方法是利用动目标与杂波在图像上的不一致性来检测运动目标。Kirscht提出了一种通过单视图像序列法消除背景，从而检测动目标，估计其速度的方法(参见:Kirscht M.Detection and Imagingof Arbitrarily Moving Targets with Single-Channel SAR.1EE Proc.Radar Sonar& Navigation，1997)。周峰等人提出了基于两视处理的运动目标检测和定位方法，该方法对两个子视进行成像处理，并利用非相干对消来抑制杂波以提高信杂比(参见=ZhouFeng.Approach for single channel SAR ground moving target imaging and motionParameter estimation.1ET Proc.Radar Sonar & Navigation,2007)。对比两类方法发现，使用频域滤波法可以消除杂波，但该类方法没有进行方位压缩，动目标能量没有累积，因此检测能力较弱。使用图像域的方法可最大程度地累积动目标能量，增大检测概率。然而当目标存在较高径向速度时，其频谱会产生多普勒模糊，并时常出现频谱跨越两个模糊数的情况，此时使用方位压缩进行成像会导致动目标在图像中出现鬼影，这将增大虚警概率。
发明内容
本发明的目的是公开一种针对具有高径向速度目标的单通道合成孔径雷达动目标检测方法，在于消除高径向速度目标所产生的鬼影问题，从而降低该类目标的虚警概率。为达到上述目的，本发明提出了一种针对具有高径向速度目标的单通道合成孔径雷达动目标检测方法，在杂波抑制的同时，提闻动目标的幅度，有效去除动目标的分裂频谱，使其在成像后呈现单个目标。该方法的技术解决方案包括如下步骤:I)获取单通道合成孔径雷达原始数据；2)对该数据进行距离向压缩；3)在距离压缩后的二维时域，沿方位向对数据进行2抽1，构造出两个通道的数据；4)以一个通道为标准，对另一个通道进行插值处理，将两个通道的方位时间对齐；5)两个通道进行相干对消，消除静止杂波；6)对步骤5)处理后的数据进行方位向傅里叶变换，将数据变换到距离多普勒域；7)对步骤6)所得数据进行距离徙动校正(Range Cell Migration Correction:RCMC)；8)对步骤7)所得数据进行方位压缩，积累动目标能量；9)在图像域检测运动目标。所述方法的步骤3)对数据沿方位向进行了抽取，等效成两个通道。这需要以脉冲重复频率(Pulse Repetition Frequency:PRF)是方位向带宽的Z倍(其中Z > 2)为前提，在满足该前提的情况下，可根据奈奎斯特采样定律判定方位向为过采样情况，才能够在方位向对数据进行抽取。所述方法的步骤3)通过降采样使原本分裂的动目标频谱分布在同一模糊数中，即消除了动目标的频谱分裂，使得该类目标在成像后不会产生鬼影现象。所述方法的步骤4)通过插值处理将两个通道的时间对齐，其中插值方法是采用频域补零插值(Zero Padding in Frequency)。该插值方法的具体步骤如下:a)对数据沿方位向进行傅里叶变换，然后进行补零操作，使得方位数据的长度变为原来的2倍；b)对补零后的数据进行逆傅里叶变换；c)对变换后的数据进行采样。(每2个采样点取I个点)。所述方法的步骤5)对插值后的两个通道数据进行相干对消，即复数相减。其中模糊数为偶数次的目标(包括:静止目标和部分动目标)，它们在两个通道的信号幅度和相位均一致，相干对消会将该类目标消除。而模糊数为奇数次的目标(另一部分动目标)，它们在两个通道的信号幅度相同，但相位差η，在相干对消之后，该类目标将会被保留，且它们的幅度变为原来的2倍。与现有技术相比，本发明方法的优点如下:1、采用抽取来等效两个通道，并通过相干对消来抑制静止杂波。2、在杂波抑制的同时，保留了动目标数据，并且其幅度变为原来的2倍，大大提高了信杂比。3、对原数据进行了降采样，可消除动目标的频谱分裂问题。在成像后，动目标为单个目标，降低了虚警概率。4、本发明需要以脉冲重复频率是方位向带宽的2倍以上为前提条件，此条件在大多数机载平台下均可满足，故它能够应用于单通道机载合成孔径雷达系统，扩展了该系统的应用范围。5、本发明仅仅比传统的合成孔径雷达成像多了两个傅里叶变换和一个相减操作，因此运算量几乎没有增大，可以通过分布式并行处理系统进行实时处理，满足实时运动目标检测的要求，具有良好的实时性和工程应用价值。
图1为本发明一种针对具有高径向速度目标的单通道合成孔径雷达动目标检测方法的数据处理流程图；图2为本发明方法中动目标的回波几何模型示意图；图3为本发明方法中单通道抽取等效双通道示意图；图4a为动目标分裂频谱示意
图4b为本发明方法中杂波抑制示意图；图4c为杂波抑制后的动目标频谱；图5a为距离压缩后，杂波抑制前的二维时域图；图5b为采用本发明方法中进行杂波抑制后的二维时域图；图5c为距离压缩后，杂波抑制前的距离多普勒域图；图5d为采用本发明方法进行杂波抑制后的距离多普勒域图；图5e为经过距离徙动校正后的距离多普勒域图；图5f为方位压缩后的成像结果。
具体实施例方式为使本发明方法的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面对本发明方法的具体实施方式
进行详细说明。对回波信号进行距离压缩，处理后的信号可表示为:
权利要求
1.一种对具高径向速度目标的单通道合成孔径雷达动目标检测方法，其特征在于，该方法依次含有以下步骤: 1)获取单通道合成孔径雷达原始数据； 2)对该数据进行距离向压缩； 3)在距离压缩后的二维时域，沿方位向对数据进行2抽1，构造出两个通道的数据； 4)以一个通道为标准，对另一个通道进行插值处理，将两个通道的方位时间对齐； 5)两个通道进行相干对消，消除静止杂波； 6)对步骤5)处理后的数据进行方位向傅里叶变换，将数据变换到距离多普勒域； 7)对步骤6)所得数据进行距离徙动校正； 8)对步骤7)所得数据进行方位压缩，积累动目标能量； 9)在图像域检测运动目标。
2.根据权利要求1所述的单通道合成孔径雷达动目标检测方法，其特征在于，所述步骤3)中对数据沿方位向进行2抽1，该特征需要假设脉冲重复频率是方位向带宽的Z倍，其中Z > 2 ;在此假设成立的前提下，才能对方位向数据进行降采样，等效双通道。
3.根据权利要求1或4所述的单通道合成孔径雷达动目标检测方法，其特征在于，所述步骤3)中通过降采样使原本分裂的动目标频谱分布在同一模糊数中，即消除了动目标的频谱分裂，使得该类目标在成像后不会产生鬼影现象。
4.根据权利要求1所述的单通道合成孔径雷达动目标检测方法，其特征在于，所述步骤4)中通过插值处理将两个通道的方位时间对齐，其中插值方法采用频域补零插值。
5.根据权利要求1所述的单通道合成孔径雷达动目标检测方法，其特征在于，所述步骤5)中对插值后的两个通道数据进行相干对消，即复数相减，其中模糊数为偶数次的目标，它们在两个通道的信号幅度和相位均一致，相干对消会将该类目标消除；而模糊数为奇数次的目标，它们在两个通道的信号幅度相同，但相位差η，在相干对消之后，该类目标将会被保留，且它们的幅度变为原来的2倍。
全文摘要
本发明公开了一种针对具有高径向速度目标的单通道合成孔径雷达动目标检测方法，涉及合成孔径雷达信号处理技术。该方法通过对单通道合成孔径雷达数据在方位向进行降采样来构造双通道数据，然后通过插值将两个通道的数据在时间上对齐。之后，对两个通道进行相干对消来抑制杂波，最终在图像域检测运动目标。本发明能够在杂波抑制的同时，提高动目标的幅度。此外，本发明还能够消除高径向速度目标的频谱分裂，从而解决该类目标在成像后产生的鬼影问题，有效的降低虚警概率。
文档编号G01S7/41GK103185879SQ20111044766
公开日2013年7月3日 申请日期2011年12月29日 优先权日2011年12月29日
发明者胡东辉, 许睿鹏, 丁赤飚 申请人:中国科学院电子学研究所