一种运动目标的一维距离像的速度补偿方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达目标特征识别技术，特别涉及一种运动目标的一维距离像的速度 补偿方法。
【背景技术】
[0002] 逆合成孔径雷达（ISAR)成像技术是在合成孔径雷达技术上发展起来的。ISAR成 像系统为雷达静止、目标运动的成像系统，不同于传统雷达，ISAR是一种高分辨率成像雷 达，能够远距离获得非合作运动目标的精确图像。
[0003] ISAR成像技术作为一种有价值的探测手段在过去的几十年里得到了广泛的重视。 太空中分布着大量处于工作状态的在轨航天器，此外还有数量巨大的空间碎片、陨石以及 失效航天器等，对这些目标的成像是空间探测的重要内容。但迄今为止的ISAR技术的研究 主要集中在速度较低的空中目标（如飞机等），对速度更高的空间轨道目标的ISAR成像的 研究还较少。
[0004] 空间目标与传统ISAR成像对象的显著区别是目标运动速度很高，比传统目标的 运动速度提高了一个数量级，使得目标距离像产生模糊和畸变，进而引起ISAR图像径向散 焦，因此对空间目标成像必须考虑高速运动带来的影响。
[0005] 当被测目标径向运动速度较低时，全去斜处理后的回波近似为正弦信号，通过脉 冲压缩就能得到目标的一位距离像；但当观测对象是空间轨道航天器等高速运动目标时， 由于目标相对于雷达的径向速度很高，使得接受散射点回波为线性调频（LFM)信号（不再 是低速运动下的单频信号），脉冲压缩处理后得到的高速运动目标的距离像严重畸变。
【发明内容】
[0006] 有鉴于此，本发明提供一种运动目标的一维距离像的速度补偿方法，从而可以有 效地消除高速运动带来的影响。
[0007] 本发明的技术方案具体是这样实现的：
[0008] -种运动目标的一维距离像的速度补偿方法，该方法包括：
[0009] 步骤A、将雷达在预设时间间隔内连续获得的一维距离像序列缓存到缓存器中， 并对缓存器中缓存的一维距离像序列进行预处理，获得一维距离像的分析窗口，并去除噪 声；
[0010] 步骤B、将缓存器内所有在分析窗口之内的一维距离像序列进行互相关处理；估 计目标包络移动量，并加上参考信号延时对应位置，得到目标的实际距离；
[0011] 步骤C、通过一次曲线拟合的方法得到一维距离像的速度估计值；
[0012] 步骤D、根据一维距离像的速度估计值，对一维距离像进行速度补偿；
[0013] 步骤E、对进行速度补偿后的每个一维距离像进行方差估计，确定用作速度补偿的 脉冲数满足误差要求。
[0014] 可选的，所述对缓存器中缓存的一维距离像序列进行预处理包括：
[0015] 根据缓存器中所缓存的一维距离像序列的一维距离像历程图形成灰度图像；
[0016] 利用图像处理方法提取所述灰度图像的边缘，获得一维距离像的分析窗口的起始 位置和终止位置，并进行去除噪声的操作。
[0017] 可选的，使用如下的公式对在分析窗口之内的一维距离像序列进行互相关处理：
[0019] 其中，r°°(nk)为互相关处理结果，n k为互相关处理变量，表示对C ，进行~个 距离单元移动，J_表示缓存器的尺寸大小；I ' H(k ^表示归一化后的一维距离像。
[0020] 可选的，使用如下的公式得到目标的实际距离pk:
[0021] pk= pk i+crik/2 Af，k = 1，2, ? ? ?，Jmax-I ;
[0022] 其中，p。为初始时刻的目标距离，c为光速，A f为雷达扫频带宽。
[0023] 可选的，所述根据一维距离像的速度估计值，对一维距离像进行速度补偿包括：
[0024] 根据一维距离像的速度估计值，对各个一维距离像进行平移补偿处理；
[0025] 对平移补偿处理之后的一维距离像作FFT估计，得到相邻回波的相位差A? ;
[0026] 预先设定第一门限值Zsn，当A①>Zsn时，返回执行步骤B;而当A①彡Z$时，执 行步骤E。
[0027] 可选的，所述步骤E包括：
[0028] 对进行速度补偿后的每个一维距离像进行方差估计，得到各个一维距离像的方差 估计值；
[0029] 对所有一维距离像的方差估计值取平均值，得到方差平均值；
[0030] 预先设置第二门限值叭，当;^ 时，增加缓存器尺寸并返回执行步骤 I? Si ,M風时，结束整个流程。
[0031] 可选的，通过如下的公式进行方差估计：
[0036] 如上可见，在本发明的运动目标的一维距离像的速度补偿方法中，由于将雷达在 预设时间间隔内连续获得的一维距离像序列缓存到缓存器中，并对缓存器中缓存的一维距 离像序列进行预处理，获得一维距离像的分析窗口，并去除噪声；然后，将缓存器内所有在 分析窗口之内的一维距离像序列进行互相关处理；估计目标包络移动量，并加上参考信号 延时对应位置，得到目标的实际距离；通过一次曲线拟合的方法得到一维距离像的速度估 计值；根据一维距离像的速度估计值，对一维距离像进行速度补偿；对进行速度补偿后的 每个一维距离像进行方差估计，确定用作速度补偿的脉冲数满足误差要求，因此可以对回 波信号进行速度补偿，有效地消除高速运动带来的不利影响。
【附图说明】
[0037] 图1为本发明实施例中的运动目标的一维距离像的速度补偿方法的流程示意图。
[0038] 图2为本发明实施例中的运动目标的一维距离像的速度补偿方法效果示意图。
【具体实施方式】
[0039] 为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举实施例，对 本发明进一步详细说明。
[0040] 在本发明的技术方案中，宽带信号的目标回波是一维距离像，因此难以像窄带情 况那样，用距离波门来进行跟踪。所以，在本发明的技术方案中，可以用相邻两次回波（即 一维距离像）"滑动相关"来进行跟踪。两次回波的"滑动相关"，类似于接收里说的"自相 关"，所不同的是自相关只用本身一次回波，将其作延时滑动，以延时滑动量为变量，计算两 个的相关系数，以相关系数的峰值表示目标所在的位置，并估计目标的速度。
[0041] 运动补偿是ISAR成像技术中的关键技术，通常包括包络对齐和相位补偿。在本 发明的技术方案中，根据ISAR成像技术中的包络对齐的经验，包络对齐通常采用滑动相 关，而以相关系数最大作为对齐准则，其对齐误差与两个回波（即一维距离像）的时间间隔 (即视角变化）的大小有关。对于相邻回波视角变化极小的情况，延时估计误差是很小的， 可以比±1/4距离分辨单元小得多。但是，这是指信噪比很高的情况。当对远距离目标跟 踪时，信噪比要低得多，此时的延时估计误差主要来自噪声的影响，而不是由于视角改变而 引起的距离像变化，信噪比越低，则估计误差也越大，约为±1/2个距离分辨单元。由于噪 声引起的包络对齐的误差完全是随机的，不存在相关性，可以通过多个脉冲的平均来减小 它，。
[0042] 空间目标在亚秒级的时间里，径向速度基本恒定，其径向加速度可以忽略不计，此 时，相邻两个回波延时的距离差应为常数，因而可将多次回波相继地作相邻滑动相关，得到 一系列的延时差，然后求平均即可。若各次噪声是统计独立，其引起的延时估计误差也不相 关，用N次平均，误差的方差可以减小到1/N。如果时间较长，除噪声引起的误差外，视角变 化引起的延时估计误差也要占一定的比例，它引起的误差有相关性，平均效果要差一些。
[0043] 本实施例提供了一种运动目标的一维距离像的速度补偿方法，从而可以有效地消 除高速运动带来的影响。
[0044] 图1为本发明实施例中的运动目标的一维距离像的速度补偿方法的流程示意图。 如图1所示，本发明实施例中的运动目标的一维距离像的速度补偿方法可以包括如下所述 的步骤：
[0045] 步骤101，将雷达在预设时间间隔内连续获得的一维距离像序列缓存到缓存器中， 并对缓存器中缓存的一维距离像序列进行预处理，获得一维距离像的分析窗口，并去除噪 声。
[0046] 在本发明的技术方案中，雷达在预设时间间隔内可以连续获得多个一维距离像， 其中，单个的一维距离像可以表示为：
[0047] C = U C2, CnI (1)
[0048] 将上述雷达所获得的多个一维距离像组成一个一维距离像序列缓存到缓存器中， 则缓存器中一维距离像序列可以表示为：
[0049] |(k)= U /k), C2(k), CN(k)},k = 0,l, -,Jnax-I (2)
[0050] 其中，J_表示缓存器的尺寸大小（即可存储的一维距离像的最大数目）。
[0051] 另外，缓存器中一维距离像序列还可以表示为：
[0052] I (tk) = { I i(tk)，|2(tk)，…，|N(t k)}，tk= t0+k ? dt (3)
[0053] 其中，t。为初始时刻，dt为时间间隔，k = 0，l，…，J_-l。
[0054] 将一维距离像序列缓存到缓存器中之后，即可对缓存器中缓存的一维距离像序列 进行预处理，以获得一维距离像的分析窗口，并去除噪声。
[0055] 在本发明的技术方案中，可以使用多种具体实现方式来进行上述的预处理。以下， 将以其中的一种具体实现方式为例，对本发明的技术方案进行详细的介绍。
[0056] 例如，在本发明的一个较佳实施例中，所述对缓存器中缓存的一维距离像序列进 行预处理可以包括：
[0057] 根据缓存器中所缓存的一维距离像序列的一维距离像历程图形成灰度图像；
[0058] 利用图像处理方法提取所述灰度图像的边缘，获得一维距离像的分析窗口的起始 位置和终止位置，并进行去除噪声的操作。
[0059] 其中，设一维距离像的分析窗口的起始位置和终止位置分别为队和N E，则该一维 距离像的分析窗口一共有队=(NE_NS+1)个距离单元。
[0060] 在进行去除噪声的操