一种机载合成孔径雷达动目标成像方法与流程

本发明属于雷达
技术领域：
，特别涉及一种机载合成孔径雷达对地面动目标成像技术。
背景技术：
：合成孔径雷达(syntheticapertureradar，sar)地面运动目标成像技术在当今各个领域得到广泛应用。然而，由于地面运动目标的复杂的运动，sar接收到的动目标回波通常包含较高的一阶徙动量和二阶徙动量，对最终的成像结果有较大影响。为了获得良好的成像结果，需要先对运动目标回波进行徙动校正，然后再进行聚焦成像。动目标一阶徙动量校正通常采用keystone变换，在文献：“perryrp,dipietrorc,fanter.sarimagingofmovingtargets[j].ieeetransactionsonaerospace&electronicsystems,1999,35(1):188-200”中，提出了keystone变换。keystone变换具有在运动信息未知的情况下进行一阶徙动校正的特性。然后当运动目标的径向速度存在加速度时，徙动轨迹的二阶项无法被忽略，但是keystone变换并不能直接将回波轨迹的二阶徙动量进行去除。在文献：“yangj,zhangy.anairbornesarmovingtargetimagingandmotionparametersestimationalgorithmwithazimuth-dechirpingandthesecond-orderkeystonetransformapplied[j].ieeejournalofselectedtopicsinappliedearthobservations&remotesensing,2015,8(8):3967-3976.”中，提出了二阶keystone变换和radon变换对徙动轨迹的一阶和二阶徙动量进行校正，但是radon变换需要复杂的搜索参数过程，使得运算量大大增加。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明提出一种机载合成孔径雷达动目标成像方法，利用对称二阶keystone方法对运动目标回波轨迹进行校正并成像。本发明采用的技术方案为：一种机载合成孔径雷达动目标成像方法，包括：s1、构建机载单基地正侧视sar空间几何结构；s2、根据步骤s1构建的几何结构获取下变频后的地面运动目标回波；s3、将地面运动目标回波进行距离向匹配滤波；s4、将匹配滤波后的信号分成两个通道，对其中一个通道的信号回波进行二阶keystone变换；对另一个通道的信号回波进行反二阶keystone变换；s5、将经二阶keystone变换处理的信号和经反二阶keystone变换处理的信号通过乘法器；s6、对步骤s5得到的信号，通过m-wvd方法估计出多普勒调频率，并利用估计出的多普勒调频率构造频域方位向匹配滤波器；s7、在方位频率域进行匹配滤波，并将方位频域通过反傅里叶变换转换为方位时域，得到最终的成像结果。进一步地，步骤s2所述地面运动目标回波表达式为：其中，rect(·)为距离向和方位向矩形窗，ts为合成孔径时间，τ为距离向的时间变量，δτ为线性调频信号的时延，tτ为发射信号时宽，为虚数单位，kτ为距离向调频率，fc为载波频率。更进一步地，所述δτ＝2rm(t)/c；且rm(t)为地面运动目标到飞行平台的瞬时距离历史，计算式为：其中，t为方位向的时间变量，c为光速，x0为地面运动目标的x轴坐标，h0为sar飞行平台的z轴坐标，v为飞行平台的飞行速度，vy为地面运动目标的方位向速度，vx地为面运动目标的距离向速度。进一步地，步骤s3滤波后的回波信号相位为：其中，c为光速，fτ为距离频率变量，fc为载波频率，θ为sar天线入射角，v为飞行平台的飞行速度，vy为地面运动目标的方位向速度，vx地为面运动目标的距离向速度，r0为飞行平台到运动目标的最短斜距。进一步地，步骤s4所述对其中一个通道的信号回波进行二阶keystone变换，二阶keystone变换公式为：其中，fτ为距离频率变量，fc为载波频率，tm为新的方位向时间变量。更进一步地，该通道回波在经过二阶keystone变换后，对方位时间tm进行二阶泰勒展开，得到的信号相位可表示为：其中，c为光速，fτ为距离频率变量，fc为载波频率，θ为sar天线入射角，v为飞行平台的飞行速度，vy为地面运动目标的方位向速度，vx地为面运动目标的距离向速度，r0为飞行平台到运动目标的最短斜距。进一步地，步骤s4所述对另一个通道的信号回波进行反二阶keystone变换，反二阶keystone变换公式为：其中，fτ为距离频率变量，fc为载波频率，tm为新的方位向时间变量。更进一步地，该通道回波在经过反二阶keystone变换后，对方位时间tm进行二阶泰勒展开，得到的相位可表示为：其中，c为光速，fτ为距离频率变量，fc为载波频率，θ为sar天线入射角，v为飞行平台的飞行速度，vy为地面运动目标的方位向速度，vx地为面运动目标的距离向速度，r0为飞行平台到运动目标的最短斜距。进一步地，经步骤s5处理后的回波信号相位为：其中，c为光速，fτ为距离频率变量，fc为载波频率，θ为sar天线入射角，v为飞行平台的飞行速度，vy为地面运动目标的方位向速度，vx地为面运动目标的距离向速度，r0为飞行平台到运动目标的最短斜距。进一步地，步骤s6所述频域方位向匹配滤波器表达式为：其中，ka为通过m-wvd方法估计出多普勒调频率，表示方位向频率。本发明的有益效果：一种机载合成孔径雷达动目标成像方法，通过将脉冲压缩后的信号分成两个通道，一个通道的信号利用二阶keystone变换校正了运动目标回波的二阶徙动量；另一个通道的信号通过构造出反二阶keystone变换同样可以对运动目标回波的二阶徙动量进行校正，然后通过乘法器将两个处理后信号相乘，即可校正一阶徙动量，最终经过方位向匹配滤波可得到较好成像结果；本发明的方法可以同时解决对运动目标回波轨迹的一阶、二阶徙动量校正的问题，实现良好的动目标成像效果；与现有的动目标成像算法相比，步骤更加直接简洁，操作更简单，可以校正一阶和二阶徙动量。附图说明图1是本发明实施例提供的流程框图。图2是本发明实施例提供的机载sar和地面运动目标空间几何结构。图3是本发明实施例提供的经距离匹配滤波后回波信号。图4是本发明实施例提供的经二阶keystone变换处理后的回波信号。图5是本发明实施例提供的经反二阶keystone变换处理后的回波信号。图6是本发明实施例提供的经对称二阶keystone变换处理后的回波信号。图7是本发明实施例提供的经方位匹配滤波后的最终成像结果。具体实施方式为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本
发明内容进一步阐释。如图1所示为本发明的方案流程图；本发明的技术方案为：一种机载合成孔径雷达动目标成像方法，包括：s1、构建机载单基地正侧视sar空间几何结构；s2、根据步骤s1构建的几何结构获取下变频后的地面运动目标回波；s3、将地面运动目标回波进行距离向匹配滤波；s4、将匹配滤波后的信号分成两个通道，对其中一个通道的信号回波进行二阶keystone变换；对另一个通道的信号回波进行反二阶keystone变换；s5、将经二阶keystone变换处理的信号和经反二阶keystone变换处理的信号通过乘法器；s6、对步骤s5得到的信号，通过m-wvd方法估计出多普勒调频率，并利用估计出的多普勒调频率构造频域方位向匹配滤波器；s7、在方位频率域进行匹配滤波，并将方位频域通过反傅里叶变换转换为方位时域，得到最终的成像结果。下面根据具体的参数对本
发明内容进行详细阐述：s1、构建机载单基地正侧视sar空间几何结构，如图2所示。在直角坐标系中，设sar飞行平台的位置坐标(0,0,h0)为(0m,0m,2000m)；地面运动目标初始位置(x0,0,0)记为(500m,0m,0m)；飞行平台的飞行速度v为150m/s，地面运动目标的方位向速度vy为10m/s，地面运动目标的距离向速度vx为17m/s，飞行平台到运动目标的最短斜距r0为2061m。仿真参数如表1所示；表1仿真参数参数符号数值飞行平台位置坐标(0,0,h0)0m,0m,2000m运动目标位置坐标(x0,0,0)500m,0m,0m飞行平台飞行速度v150m/s运动目标方位向速度vy10m/s运动目标距离向速度vx17m/s脉冲重复频率prf1500hz发射信号时宽tr3μs发射信号带宽br200mhz载波频率fc3ghz地面运动目标到飞行平台的瞬时距离历史rm(t)，可表示为：s2、获取下变频后的地面运动目标回波s(τ,t)，具体公式为：s3、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：s4、将匹配滤波后的信号分成两个通道，对其中一个通道的信号回波进行二阶keystone变换，二阶keystone变换公式为：信号回波在经过二阶keystone变换后，对方位时间tm进行二阶泰勒展开，得到的信号相位可表示为：对另一个通道的信号回波进行反二阶keystone变换，反二阶keystone变换公式为：信号回波在经过反二阶keystone变换后，对方位时间tm进行二阶泰勒展开，得到的相位可表示为：s5、将经二阶keystone变换处理的信号和经反二阶keystone变换处理的信号通过乘法器；处理后的信号可表示为：s6、通过m-wvd方法估计出多普勒调频率ka，并利用估计出的多普勒调频率构造频域方位向匹配滤波器其中，表示方位向频率。s7、在方位频率域进行匹配滤波，并将方位频域通过反傅里叶变换转换为方位时域，得到最终的成像结果经过上述步骤处理，即可完成机载sar对运动目标回波徙动校正，脉冲压缩后的信号如图3所示，可以看出运动目标回波轨迹是一条弯曲并倾斜的曲线。经过二阶keystone变换处理后的信号如图4所示，徙动轨迹变成了一条倾斜直线，二阶弯曲徙动量被去除。同样，经过反二阶可以去除二阶徙动量，如图5所示。如图6所示将两个信号用乘法器相乘可以实现对距离走动的校正。图7是最终的成像结果，可以看出基于对称二阶keystone变换的动目标成像方法能够实现对动目标高分辨成像；图3到图6中的azimuthbin表示方位向，rangebin表示距离向。综上，本发明的方法可以同时解决对运动目标回波轨迹的一阶、二阶徙动量校正的问题，实现良好的动目标成像效果；与现有的动目标成像算法相比，步骤更加直接简洁，操作更简单，可以校正一阶和二阶徙动量。本领域的普通技术人员将会意识到，这里所述的实施例是为了帮助读者理解本发明的原理，应被理解为本发明的保护范围并不局限于这样的特别陈述和实施例。对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的权利要求范围之内。当前第1页12