基于方向确定的SAR地面移动目标定位方法与流程

本发明涉及sar地面移动目标定位，尤其是基于方向确定的sar地面移动目标定位方法。

背景技术：

1、星载sar（synthetic aperture radar）是指搭载在卫星上的合成孔径雷达技术。它使用雷达信号来探测地面特征，并利用后处理算法生成高分辨率的二维或三维图像。与光学遥感不同，sar图像可以在白天和夜晚、无论晴雨多云下 都进行观测。sar图像可以用于地质勘探、林业监测、环境变化分析等应用领域。随着sar设备精度的不断提高，sar图像开始逐步应用于地面目标的定位，这些地面目标包括建筑物、道路、桥梁、船只、车辆、植被等。这些定位和监测信息能够为城市规划、交通管理、环境保护、航行安全等领域提供重要的支持和决策依据。

2、使用sar图像对地面目标进行定位的现有技术主要包括全波束定位技术和双基线差分技术两类。全波束技术通过使用复杂的干扰消除和方位解析算法来对地面目标进行精确定位，双基线差分技术使用两个不同基线的sar图像来获取目标的相对位置和速度信息，并通过精确的测量方法进行定位。由于全波束定位技术和双基线差分技术使用多个天线接收信号并计算辐射源的位置，但是由于传输信号的多径效应和环境干扰等因素，可能导致定位误差的增加。且这两类技术考虑的定位对象为静止，当定位目标发生运动时，卫星与目标间的运动就不再只满足于卫星运动模型，定位效果也会大打折扣。而且，由于检测目标属于运动状态，受传输信号多径效应及环境干扰，会造成信号通道间的不平衡，因此传统的sar方法所得图像清晰度较差，容易导致定位效果出现误差。

技术实现思路

1、本发明通过对sar图像信号进行重构，解决了因检测目标运动导致信号通道间不平衡而使图像清晰的问题，进而获得清晰度更高的sar图像，减少定位误差。

2、为解决上述现有技术问题，本发明提供基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，具有以下步骤：

3、s1、对实际采集信号进行重构，获得无模糊信号，将所述无模糊信号转化为sar图像；

4、s2、对sar图像上的目标进行检测，筛选出可动物体；

5、s3、获取可动物体的中心坐标，以中心坐标为中心形成所述可动物体的检测框；

6、s4、获取两帧相邻的sar图像，对两帧相邻的sar图像的可动物体通过检测框进行匹配，匹配完成后，计算两帧相邻sar图像间配对对象的中心坐标位移；

7、s5、根据配对对象的中心坐标的位移，求解出可动物体在sar图像上的运动分量，通过sar图像上的运动分量获得可动物体在地面上的实际运动距离，以第一帧sar图像建立坐标系，即可获得可动物体的位置。

8、进一步的，在步骤s1中，所述实际采集信号的重构具体为：

9、首先，构建信道与信道间的关系；

10、然后，以构建的信道组成实际采集信号，假设无模糊信号，将实际采集信号作为无模糊信号与固定矩阵的乘积；

11、接着，对固定矩阵取逆；

12、最后，通过实际采集信号与固定量的逆的乘积获得无模糊信号。

13、进一步的，所述信道与信道间的关系为：

14、；

15、其中，和分别代表多普勒频域下的信道和信道，表示的是多普勒频移，代表虚数单位，和代表序号，代表相邻两个接收子天线的间隔，代表运动速度。

16、进一步的，所述固定矩阵为：

17、；

18、其中，分别为、...所对应的多普勒频率轴。

19、进一步的，在步骤s2中，所有可动物体构成一个集合，所述集合内的可动物体按从上到下从左到右的顺序进行排列，集合中的每个可动物体均包含有坐标属性及旋转角度属性。

20、进一步的，在步骤s3中，所述中心坐标为物体的质心。

21、进一步的，在步骤s3中，所述检测框为圆形检测框。

22、进一步的，所述圆形检测框的获取方式具体为：

23、以可动物体的质心为中心坐标；

24、根据中心坐标，在可动物体的方形框上做外接圆，将外接圆作为圆形检测框。

25、进一步的，在步骤s4中，匹配的方式具体为：

26、以垂直方向为0°，作过可动物体的质心的直线；

27、按照旋转角度将直线进行旋转，获得旋转直线；

28、作过可动物体的质心的沿卫星运动方向的射线；

29、根据卫星运动方向获得可动物体未来运动区域，其中未来运动区域位于旋转直线的左侧或右侧；

30、对每个可动物体优先按照未来运动区域进行搜索配对。

31、进一步的，在步骤s5中，所述可动物体在sar图像上的运动分量由位移及位移与卫星运动分量在sar图像上的投射的夹角确定，所述夹角由位移、卫星的运动速度及卫星的运动方向确定。

32、本发明的有益效果体现在：

33、（1）本发明通过考虑物体自身的运动，利用物体在sar图像上的位移，结合卫星的运动速度、运动方向及位移与卫星运动分量在sar图像上的投射的夹角，可以求解出物体在地面上的实际运动距离，根据实际运动距离即可获得物体的位置，提高了定位精度。

34、（2）本发明通过对实际采集信号进行重构，避免了因检测目标运动导致信号通道间不平衡而使图像清晰的问题，进而获得清晰度更高的sar图像，减少定位误差。

35、（3）本发明构建圆形检测框，以圆作为候选区域可保证在做特征匹配时，在尺寸统一的情况下，各方向的特征缩放是一致的，从而提高匹配精度。

技术特征：

1.基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于，具有以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：在步骤s1中，所述实际采集信号的重构具体为：

3.根据权利要求2所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：所述信道与信道间的关系为：

4.根据权利要求2所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：所述固定矩阵为：

5.根据权利要求1所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：在步骤s2中，所有可动物体构成一个集合，所述集合内的可动物体按从上到下从左到右的顺序进行排列，集合中的每个可动物体均包含有坐标属性及旋转角度属性。

6.根据权利要求1所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：在步骤s3中，所述中心坐标为物体的质心。

7.根据权利要求1所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：在步骤s3中，所述检测框为圆形检测框。

8.根据权利要求7所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：所述圆形检测框的获取方式具体为：

9.根据权利要求5所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：在步骤s4中，匹配的方式具体为：

10.根据权利要求1所述的基于方向确定的sar地面移动目标定位方法，其特征在于：在步骤s5中，所述可动物体在sar图像上的运动分量由位移、卫星的运动速度、卫星的运动方向及位移与卫星运动分量在sar图像上的投射的夹角确定。

技术总结
本发明涉及SAR地面移动目标定位技术领域，具体涉及基于方向确定的SAR地面移动目标定位方法，该方法首先对实际采集信号进行重构，获得清晰的SAR图像，其次对SAR图像上的目标进行检测，筛选出可动物体，然后获取可动物体的中心坐标及检测框，接着获取两帧相邻的SAR图像，对两帧相邻的SAR图像进行匹配，计算配对对象间的中心坐标位移；最后根据配对对象的中心坐标的位移，求解出可动物体的位置。本发明考虑物体自身运动，通过求解物体在地面实际运动距离获得物体的位置，提高了定位精度，且通过对信号进行了重构，使SAR图像更清晰，减少了定位误差。

技术研发人员：常兴,林青松
受保护的技术使用者：武汉能钠智能装备技术股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15