CN107976676B - 一种机载合成孔径雷达动目标成像方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种机载合成孔径雷达动目标成像方法,应用于雷达技术领域,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。
Description
技术领域
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(Synthetic Aperture Radar,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:“Perry R P,Dipietro RC,Fante R.SAR imaging of moving targets[J].IEEE Transactions on Aerospace&Electronic Systems,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:“Yang J,Zhang Y.An Airborne SAR Moving Target Imaging andMotion Parameters Estimation Algorithm With Azimuth-Dechirping and theSecond-Order Keystone Transform Applied[J].IEEE Journal of Selected Topics inApplied Earth Observations&Remote Sensing,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。
发明内容
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:
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。
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。
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。
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。
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:
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,H<sub>0</sub>) | 0m,0m,2000m |
运动目标位置坐标 | (X<sub>0</sub>,0,0) | 500m,0m,0m |
飞行平台飞行速度 | V | 150m/s |
运动目标方位向速度 | V<sub>y</sub> | 10m/s |
运动目标距离向速度 | V<sub>x</sub> | 17m/s |
脉冲重复频率 | PRF | 1500Hz |
发射信号时宽 | T<sub>r</sub> | 3μs |
发射信号带宽 | B<sub>r</sub> | 200MHz |
载波频率 | f<sub>c</sub> | 3GHz |
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:
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:
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:
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:
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Azimuth bin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。
Claims (10)
1.一种机载合成孔径雷达动目标成像方法,其特征在于,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相乘;
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。
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