SAR动目标回波徙动校正与方位能量积累方法与流程

本发明属于雷达
技术领域：
，具体涉及机载合成孔径雷达对地面动目标检测和成像技术。
背景技术：
：合成孔径雷达(syntheticapertureradar，sar)是一种全天候、高分辨率微波遥感成像雷达，它利用雷达天线和目标区域间的相对运动来获得空间的高分辨。目前在地形测绘，灾区探测等领域得到广泛应用。地面运动目标回波包含一阶和二阶徙动量，传统机载sar成像算法对运动目标成像会造成成像结果散焦、移位等情况。由于运动目标运动信息未知，传统成像算法对并不能对动目标回波轨迹进行校正。在文献：“perryrp,dipietrorc,fanter.sarimagingofmovingtargets[j].ieeetransactionsonaerospace&electronicsystems,1999,35(1):188-200”中，提出了一阶keystone变换，该方法在地面运动目标的运动信息未知的情况下进行一阶徙动量校正，但是这种方法并不能对二阶徙动量进行校正，运动目标回波轨迹二阶徙动量依然会影响能量积累和成像效果。在文献：“zhouf,wur,xingm,etal.approachforsinglechannelsargroundmovingtargetimagingandmotionparameterestimation.ietradarsonar&navigation,2007,1(1):59-66”中，提出了二阶keystone变换校正动目标二阶徙动量，该方法可以消除二阶徙动量对能量积累和成像结果的影响，但是这种方法不能校正运动目标回波的一阶徙动量。技术实现要素：本发明的目的是针对现有技术存在的缺陷，提出一种sar动目标回波一阶和二阶徙动校正和方位能量积累方法，以解决机载sar不能同时对运动目标回波的一阶和二阶徙动量校正的问题。本发明的技术方案为：一种sar动目标回波徙动校正与方位能量积累方法，具体包括如下步骤：步骤一：建立机载单基地正侧视sar空间几何结构，并完成初始化；在直角坐标系中，o为坐标原点，设(x0,0,0)为地面目标初始位置，其中，x0、0、0分别为地面运动目标的x轴，y轴和z轴坐标；sar飞行平台的位置坐标为(0,0,h0)，其中，0、0和h0分别为sar飞行平台的x轴，y轴和z轴坐标；飞行平台的飞行速度为v，地面运动目标的方位向速度和加速度分别为vy和ay，地面运动目标的距离向速度和加速度为vx和ax，飞行平台到运动目标的最短斜距为步骤二：根据几何模型获取运动目标到飞行平台的瞬时距离历史rm(t)，可表示为：其中，t为方位向时间变量；步骤三：获取地面运动目标回波s(τ,t)，并对回波进行下变频，具体公式为：其中，rect(·)为距离向和方位向矩形窗，tsar为合成孔径时间，τ为距离向时间变量，δτ＝2rm(t)/c为线性调频信号的时延，tτ为发射信号时宽，kτ为距离向调频率，c为光速，fc为载波频率，为虚数单位。步骤四：将地面运动目标回波进行距离向匹配滤波，滤波后回波信号相位可表示为：其中，fτ为距离频率变量，θ为sar天线入射角。步骤五：构造地面运动目标回波信号初始补偿方程，可表示为：y＝c+bt+at2其中，c为常数项系数，b一阶项系数，a二阶项系数。步骤六：对脉冲压缩后的回波进行边缘检测，构造一个二维边缘点集合m，设定一个幅度阈值n1，当边缘点幅度小于n1时将该点幅度置零；步骤七：定义一个参数累加器a(a,b,c,n)，用于存储参数值a，b，c和对应参数累加次数n，并将数组初始化；步骤八：抽取二维边缘点集合中随机若干个不为零的数据点，计算出一组曲线参数(a1,b1,c1)，参数结果存入参数累加器中，并对该组参数进行计数；步骤九：在二维边缘点集合中去除抽取的若干个点；步骤十：循环执行步骤八——步骤九，当边缘点集合中剩余的不为零数据点的个数不足时停止循环；步骤十一：设定一个参数累加次数阈值n2，累加次数n超过了阈值n2时，则将对应参数进行验证，用边缘点集合的所有数据点进行验证；步骤十二：设定数据点数阈值n3，符合参数的数据点大于阈值n3时，则将估计出的参数设定为原信号的徙动参数；步骤十三：利用估计的徙动参数构造补偿方程，将补偿方程与原信号回波相乘，实现运动目标回波轨迹徙动校正；步骤十四：将估计出运动目标回波轨迹上数据点的值进行相干叠加，在曲线参数域可以实现能量积累；步骤十五：对目标回波信号经过徙动校正，获取校正后回波信号相位，徙动完全校正的情况下，具体为：从上式中可以看出，在机载单基地正侧视sar空间几何构型下，距离向频率fτ和方位项时间t的一阶和二阶耦合项同时被去除，剩余项仅为距离门、多普勒质心和多普勒调频率项。因此可得，通过补偿运动目标回波信号，校正了sar地面运动目标的回波一阶和二阶徙动，去除了距离向频率fτ和方位项时间t的相互作用关系。本发明的有益效果：本发明的方法利用改进的随机hough变换，对具有噪声的距离脉冲压缩后回波曲线轨迹参数进行估计，得到曲线参考参数值，构造信号补偿方程，对原始回波信号进行相位补偿，从而解决了传统机载sar不能同时具有一阶和二阶徙动量的运动目标回波校正问题，并且使运动目标回波能量在参数域上积累，更有利于对运动目标检测。本发明的方法与现有传统机载sar雷达对地面动目标回波轨迹徙动校正方法相比，操作更简单，并且同时能校正一阶和二阶徙动。本发明的方法可以应用于机载sar动目标检测和成像领域。附图说明图1是本发明提供的流程框图。图2是本发明提供的机载sar和地面运动目标空间几何结构。图3是回波信噪比为0db时回波轨迹校正前图像图4是回波信噪比为0db时回波轨迹校正后图像图5是参数域能量积累图像具体实施方式本发明主要采用仿真实验的方法进行验证，所有步骤、结论都在matlab2015上验证正确。本发明的流程示意图如图1所示，具体包括如下步骤：步骤一：建立机载单基地正侧视sar空间几何结构，并完成初始化；如图2所示，在直角坐标系中，设地面目标初始位置为(4km，0km，0km)。sar平台的位置坐标为(0km，0km，5km)。飞行平台的飞行速度为340m/s，地面运动目标的方位向速度和加速度分别为10m/s和5m/s2，地面运动目标的距离向速度和加速度为17m/s和5m/s2，飞行平台到运动目标的最短斜距为6.4km，具体仿真参数如表1所示：表1参数符号数值飞行平台位置坐标(0，0，h0)0km，0km，5km运动目标位置坐标(x0，0，0)4km，0km，0km飞行平台飞行速度v340m/s运动目标方位向速度vy10m/s运动目标方位向加速度ay5m/s2运动目标距离向速度vx17m/s运动目标距离向加速度ax5m/s2脉冲重复频率prf800hz发射信号时宽tr1.5μs发射信号带宽br150mhz载波频率fc3ghz步骤二：根据几何模型获取运动目标到飞行平台的瞬时距离历史rm(t)，可表示为：步骤三：获取地面运动目标回波s(τ,t)，并对回波进行下变频，具体公式为：步骤四：将地面运动目标回波进行距离向匹配滤波，滤波后回波信号相位可表示为：步骤五：构造地面运动目标回波信号初始补偿方程，可表示为：y＝c+bt+at2步骤六：对脉冲压缩后的回波进行边缘检测，构造一个二维边缘点集合m，设定一个幅度阈值n1，当边缘点幅度小于n1时将该点幅度置零。步骤七：定义一个参数累加器a(a,b,c,n)，用于存储参数值a，b，c和对应参数累加次数n，并将数组初始化。步骤八：抽取二维边缘点集合中随机若干个不为零的数据点，计算出一组曲线参数(a1,b1,c1)，参数结果存入参数累加器中，并对该组参数进行计数，这里具体可以选取5个不为零的数据点。步骤九：在二维边缘点集合中去除抽取的5个点。步骤十：循环执行步骤八——步骤九，当边缘点集合中剩余的不为零数据点不足5个时停止循环。步骤十一：设定一个参数累加次数阈值n2，累加次数n超过了阈值n2时，则将对应参数进行验证，用边缘点集合的所有数据点进行验证。步骤十二：设定数据点数阈值n3，符合参数的数据点大于阈值n3时，把估计出的参数设定为原信号的徙动参数。步骤十三：利用估计的徙动参数构造补偿方程，将补偿方程与原信号回波相乘，实现运动目标回波轨迹徙动校正。步骤十四：估计出运动目标回波轨迹上数据点的值进行相干积累，在曲线参数域实现能量积累。步骤十五：对目标回波信号经过徙动校正，获取校正后回波信号相位，徙动完全校正的情况下，其表达式为：经过上述步骤处理，即可完成对机载sar对运动目标回波的徙动校正，回波信噪比在0db时的校正后结果如图4所示，对比图3和图4可以看出，运动目标弯曲倾斜的徙动轨迹得到有效校正。如图5所示，信号能量能够聚集在参数域。当前第1页12