CN113687356B - 一种机载多通道圆迹sar运动目标检测与估计方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法，包括：对原始回波信号进行预处理；在原始数据域利用子空间投影，将多通道回波信号投影到噪声子空间，进行杂波抑制；在绝对地理空间坐标系中对图像的地理空间进行定位，构建用于后向投影成像模型；利用运动目标的二维运动特征和后向投影算法逐点逐脉冲相参累积成像，补偿飞机运动误差，方位空变误差以及运动目标二维运动引起的误差，成像结果直接输出地理参考坐标系中数字正射影像图；利用运动目标在不同通道SAR图像间产生的相位差构成导向矢量，对多通道SAR图像进行相干叠加，提高目标的信噪比；对合成的SAR图像进行运动目标检测，并估计出该目标的二维运动参数。

Description

一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其是一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法。
背景技术
合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar，SAR)通过平台运动合成大的天线阵列，从而大幅提高横向分辨率，可实现对地二维高分辨率成像。合成孔径雷达(SyntheticAperture Radar，SAR)-地面运动目标指示(Ground Moving TargetIndication,GMTI)雷达***结合了SAR成像和地面运动目标指示技术，拥有其全天时、全天候的优势，因此在民用和军事领域具有广阔的应用潜力。机载多通道SAR***因为增加了空域自由度，可以有效地抑制杂波和干扰，显著提高了***对运动目标的检测性能。传统的机载多通道SAR-GMTI***通常沿直线行进，多年来得到了广泛的研究。但是直线SAR对观测区域内的动目标观测时间短，因此无法对动目标实现持续性观测，不便于对运动目标进行长时间跟踪，此外直线SAR对距离向运动目标较为敏感，方位向运动目标不敏感。而多通道圆迹SAR-GMTI(Multichannel Circular SAR-GMTI,MCSAR-GMTI)作为一种新的观测模式，具有获得360度散射信息的能力，可以获得观测区域内的动目标在多个观测角度下的二维速度值，有利于对动目标的速度矢量进行估计。
由于运动目标运动规律的不可知性，从静止场景中检测运动目标，其核心内容包括两个部分：1)杂波抑制，将运动目标和静止目标的回波分离，尽可能地提高信杂比，提高目标的检出率；2)检测和参数估计，精确地估计出运动目标的运动参数，以便能对运动目标进行准确定位。通常MCSAR-GMTI***在检测地面运动目标时工作在下视模式，因此地杂波对***检测性能的影响十分严重。地杂波不仅分布范围广，而且强度大，同时由于因雷达平台不断运动，不同方向的地杂波相对于雷达平台的速度各不相同，从而使得杂波谱严重展宽，运动目标的回波信号淹没在强地杂波中，严重影响***对运动目标的检测。此外，慢速运动目标的二维运动特性和低雷达散射截面(Radar Cross Section，RCS)也加剧了这一困难。随着MCSAR-GMTI朝着对慢速运动目标的高检出率和高参数估计精度发展，传统的MCSAR-GMTI杂波抑制及检测处理算法已经不能满足该要求。
基于数据域的传统检测和估计算法存在以下技术缺陷：该类方法一般利用杂波的空时二维特性进行自适应杂波抑制，在理想情况下杂波抑制性能较好，能够检测出慢速运动目标。但是该类方法为了减少运动目标对回波信号产生的二次相位影响，一般利用较少的脉冲，也即子孔径数据进行处理，因此目标的信噪比较低，这影响了***的检测性能。此外，该类方法中的自适应算法需要利用均匀的样本数据进行杂波协方差估计，而实际情况下，环境是非均匀的，因此其应用受限，并且协方差矩阵的估计和求逆过程计算复杂度也较高。
基于图像域的传统检测和估计算法存在以下技术缺陷：该类方法利用聚焦的SAR图像进行处理，由于图像域运动目标信噪比有一定的提升，因此检测性能有一定提升。由于运动目标的二维运动特性，在SAR图像上是散焦，这造成了目标信噪比一定程度上的损失，并且也偏离了原来的位置，这给目标的检测和参数估计带来了一定的困难。并且，该类方法只能估计出运动目标的相对径向速度，而不能估计出其沿航向速度，这对目标的参数估计来说是不完整的。
发明内容
由于机载MCSAR-GMTI可以对运动目标进行长时间360°观测，近些年来，该***得到广泛的应用和发展。考虑到机载MCSAR-GMTI的应用情况越来越具挑战性，比如复杂的电磁干扰环境，多目标分布场景中的目标相互干扰，特殊材料的使用导致目标的RCS较小，和慢速运动目标淹没在强的背景杂波等，并且对运动目标的检测能力和参数估计精度的要求越来越高，这对机载MCSAR-GMTI杂波抑制算法和成像算法提出了更高的要求。此外由于CSAR-GMTI***更倾向与无人机等轻小型平台应用并且飞行轨迹为圆周，飞行平台的运动误差较大，对机载SAR运动补偿算法也提出了更高的要求。
本发明的思想就是在地理信息空间坐标系下，采用后向投影算法逐点逐脉冲相参累加的成像框架，可以逐像素补偿运动目标二维运动引起的误差，全孔径补偿各像素方位空变误差和飞机平台的运动误差，理论上是一种完全没有运动补偿误差的算法。并且由于慢速低RCS运动目标很容易被分布较广的强地杂波背景淹没，因此在原始数据域利用子空间投影算法进行了杂波抑制，提高了目标的信噪比。
针对MCSAR-GMTI***的运动目标检测与估计，本发明的主要特点是将杂波抑制过程和运动目标成像过程有机结合，有效地提高了运动目标的信噪比，进而提高了***对其的检出率，并且也较为精确地估计出运动目标的二维运动参数，有着较好的应用潜力。因此，相比于传统处理方法具备适用性强，处理精度更高、检测性能稳定等优势。
本发明的技术方案为：一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法，包括如下步骤：步骤1、首先对MCSAR回波信号进行预处理，包括距离压缩，通道均衡和基线时延补偿；步骤2、利用子空间投影，将多通道回波信号投影到噪声子空间，进行杂波抑制；步骤3、进行成像区域网地理信息空间构建，在统一的绝对地理空间坐标系中完成图像的地理空间定位，进而构建后向投影模型；步骤4、在绝对地理空间坐标系中，利用运动目标的二维运动特征和后向投影成像逐点逐脉冲相参累积成像，补偿飞机运动误差，方位空变误差以及运动目标运动引起的误差，成像结果直接输出地理参考坐标系中数字正射影像图；步骤5、经过成像后，得到多通道SAR图像，利用运动目标产生的在不同通道SAR图像间的相位差构成导向矢量，进行多通道SAR图像相干叠加，提高目标的信噪比；步骤6、然后对合成的SAR图像进行运动目标检测，利用上述的参数结果确定该目标的二维运动参数。
有益效果：
本发明的思想就是在地理信息空间坐标系下，采用后向投影算法逐点逐脉冲相参累加的成像框架，可以逐像素补偿运动目标二维运动引起的误差，全孔径补偿各像素方位空变误差和飞机平台的运动误差，理论上是一种完全没有运动补偿误差的算法。并且由于慢速低RCS运动目标很容易被分布较广的强地杂波背景淹没，因此在原始数据域利用子空间投影算法进行了杂波抑制，提高了目标的信噪比。针对MCSAR-GMTI***的运动目标检测与估计，本发明的主要特点是将杂波抑制过程和运动目标成像过程有机结合，有效地提高了运动目标的信噪比，进而提高了***对其的检出率，并且也较为精确地估计出运动目标的二维运动参数，有着较好的应用潜力。因此，相比于传统处理方法具备适用性强，处理精度更高、检测性能稳定等优势。
综上，本发明将多通道圆迹SAR***运动目标的杂波抑制过程和成像过程有机结合，该技术方案具备环境适应能力强、运动补偿精度高、运动目标检出率高，二维运动参数估计精度高等显著优势。
附图说明
图1为本发明的一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法的流程图；
图2为本发明一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法的操作流程图；
图3为机载多通道圆迹SAR观测几何示意图；
图4为子空间投影示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅为本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域的普通技术人员在不付出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。
本发明公开了一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法，在地理信息空间直角坐标系下，基于原始数据域子空间投影进行杂波抑制，而后采用后向投影成像模型进行MCSAR成像，在成像的同时完成配准、相位解缠绕等处理步骤，在利用通道间的导向矢量完成多通道SAR图像的相干叠加，最后实现MCSAR-GMTI***对运动目标的检测和其运动参数的估计。
本发明的技术方案的流程图如图1所示，具体的操作流程图如图2所示。具体包括如下步骤：
步骤1、首先对MCSAR回波信号进行预处理，包括距离压缩，通道均衡和基线时延补偿等。
步骤2、利用子空间投影，将多通道回波信号投影到噪声子空间，进行杂波抑制。
步骤3、进行成像区域网地理信息空间构建，在统一的绝对地理空间坐标系中完成图像的地理空间定位，进而构建后向投影模型。
步骤4、在绝对地理空间坐标系中，利用运动目标的二维运动特征和后向投影成像逐点逐脉冲相参累积成像，补偿飞机运动误差，方位空变误差以及运动目标运动引起的误差，成像结果直接输出地理参考坐标系中数字正射影像图。
步骤5、经过成像后，得到多通道SAR图像，利用运动目标产生的在不同通道SAR图像间的相位差构成导向矢量，进行多通道SAR图像相干叠加，提高目标的信噪比。
步骤6、然后对合成的SAR图像进行运动目标检测，利用上述的参数结果确定该目标的二维运动参数。
经过上步骤，便可完成MCSAR-GMTI***运动目标的检测及参数估计过程。
下面对本发明的实施例进行详细说明，
所述步骤1、首先对MCSAR回波信号进行预处理，包括距离压缩，通道均衡和基线时延补偿等。
如图3为机载多通道圆迹SAR观测几何示意图，雷达平台沿航向有N个通道，其运动轨迹是一个半径为ra的圆，其角速度为ω，高度为H。Rn(t)(n＝1,...,N)为t时刻运动目标和雷达通道n的距离，t为方位向慢时间，运动目标沿x轴方向速度为Vx，沿y轴方向速度为Vy。假设t＝0时刻，雷达的波束中心穿越目标，雷达与x轴正方向夹角为φ，此时雷达坐标为(racos(φ),rasin(φ),H)，运动目标位置为(x0,y0,0)，则目标和通道1距离为
在时刻t距离方程为：
其中，为运动目标相对于雷达平台的径向速度。
这里假设发射信号为线性调频信号，那么第n个接收通道动目标信号经解调和距离压缩后可以表示：
τ为距离向快时间，λ为雷达载频波长，A0是目标的复散射系数，pr(g)为距离向sinc函数包络，wan(t)(n＝1,...,N)为方位向窗函数。
由于每个通道的收发特性不同，需要进行通道均衡校正，以第一通道为基准，对第n通道天线方向图wan(t)进行通道均衡校正后：
wa1(t)＝...＝waN(t)CN
其中Cn为复数，为校正的幅度和相位；
在上述通道均衡后，可进行基线延时补偿预处理后回波信号为：
其中，dn(n＝1,...,N,d1＝0)为通道之间的物理基线长，由该式可知，运动目标在通道间产生一个固定相位差。
由s'n(τ,t)可知，对于静止的杂波背景，也即Vx＝0,Vy＝0，通道间产生的相位差为0，记为杂波导向矢量ac：
ac＝[1,1,…,1]T
其中[·]T为矩阵的转置，ac为N×1维矩阵。
而运动目标在通道间产生固定的相位差，记为目标导向矢量at：
所述步骤2、利用子空间投影，将多通道回波信号投影到噪声子空间，进行杂波抑制，具体如下：
如图4所示，Ωc为杂波子空间，Ωn为噪声子空间，它们是正交的。St为运动目标信号，θ为矢量St与Ωc轴夹角，是由运动目标的径向速度决定的，矢量St的长度表示目标信号的能量。P为杂波子空间投影矩阵，可由杂波导向矢量ac张成：
其中[·]H为矩阵共轭转置，[·]-1为矩阵求逆操作。
为了进行杂波抑制，应将信号投影到噪声子空间，则投影矩阵为：
ψ＝(I-P)
其中I为N×N维的单位矩阵。
考虑到实际情况下，多通道雷达回波信号S包含运动目标信号St，地面静止杂波Sc和N×1维热噪声W，即：
S＝Sc+St+W
其中St为N×1维目标信号:
Sc为N×1维静止杂波(Vx＝0,Vy＝0)信号：
利用投影矩阵将信号S投影到噪声子空间：
S'＝ψS＝ψ(Sc+St+W)＝ψSt+W
令S't＝ψSt，则：
同时，运动目标导向矢量也进行了旋转操作，即：
a't＝ψat
利用上述过程便实现了MCSAR-GMTI的杂波抑制操作，接下来根据目标可能的运动参数利用后向投影算法对杂波抑制后的信号进行成像处理，以提高目标的信噪比。
所述步骤3、进行成像区域网地理信息空间构建，在统一的绝对地理空间坐标系中完成图像的地理空间定位，进而构建后向投影模型。具体如下：由上述步骤4可知，杂波抑制后的成像模型信号为：
S't＝s1(τ,t)a't
其中s1(τ,t)信号中的是多普勒相位历史补偿项，补偿此相位后可实现合成孔径内相参累加，而此相位项与运动目标的二维运动参数Vx和Vy有关，因而可以通过搜索不同的目标参数来让图像聚焦最好。
所述步骤4、在绝对地理空间坐标系中，利用运动目标的二维运动特征和后向投影成像逐点逐脉冲相参累积成像，补偿飞机运动误差，方位空变误差以及运动目标运动引起的误差，成像结果直接输出地理参考坐标系中数字正射影像图。
后向投影成像算法的基本思想是通过计算成像区域内每一像素到孔径长度内SAR天线平台之间的双程时延，找出对应的累积曲线进行相干累加，从而恢复出每个像素的目标函数。当成像的运动参数与实际运动目标的运动参数匹配时，利用后向投影算法对杂波抑制后的数据成像后信号为：
其中PRF(pulse repetition frequency)为脉冲重复频率，M为合成孔径时间内的总脉冲数。因此，针对地理编码栅格图像中的任意像素点，沿着合成孔径时间进行积分(相参累加)，就可以实现该像素点成像。
所述步骤5、经过成像后，得到多通道SAR图像，利用运动目标产生的在不同通道SAR图像间的相位差构成导向矢量，进行多通道SAR图像相干叠加，提高目标的信噪比。具体如下：
当搜索参数和运动目标参数一致时，图像聚焦最好，信噪比最高，假设此时对应的搜索参数为V'x和V'y，并且据此计算出V'r，利用V'r构建目标导向矢量：
利用该导向矢量对输出的多通道SAR图像进行相干累加，即：
其中K是为导向矢量和通道间的相位差相匹配而相干叠加产生的增益。
所述步骤6、对合成的SAR图像进行运动目标检测，利用上述的参数结果确定该目标的二维运动参数，具体包括：
经过上述步骤后，已经完成了MCSAR-GMTI的杂波抑制和运动目标的聚焦过程，接下来进行运动目标的检测，根据Z(x,y)的输出值：
其中γ为检测阈值，可由固定的恒虚警率算出，当输出值Z(x,y)大于阈值时，为H1情况，即该单元存在运动目标，当Z(x,y)小于阈值时，为H0情况，即该单元不存在运动目标。同时由于成像的结果和目标的运动参数有关，因此可以利用此进行目标的二维运动参数估计：
其中Ωv为目标速度的搜索空间，当使用不同的目标运动参数进行后向投影成像，输出响应Z(x,y)最大时，认为该搜索参数即为运动目标的参数。和/>为估计出的该目标沿x轴方向和沿y轴方向的速度。
尽管上面对本发明说明性的具体实施方式进行了描述，以便于本技术领域的技术人员理解本发明，且应该清楚，本发明不限于具体实施方式的范围，对本技术领域的普通技术人员来讲，只要各种变化在所附的权利要求限定和确定的本发明的精神和范围内，这些变化是显而易见的，一切利用本发明构思的发明创造均在保护之列。

Claims (4)

1.一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1、首先对MCSAR回波信号进行预处理，包括距离压缩，通道均衡和基线时延补偿；所述步骤1中距离压缩，通道均衡和基线时延补偿具体如下：令第n通道雷达原始回波信号为其中n＝1,...,N，τ为距离向快时间，t为方位向慢时间，对其进行距离向匹配滤波，滤波函数为p(-τ)，得到距离压缩信号为：
其中为卷积；
步骤2、利用子空间投影，将多通道回波信号投影到噪声子空间，进行杂波抑制；
步骤3、进行成像区域网地理信息空间构建，在统一的绝对地理空间坐标系中完成图像的地理空间定位，进而构建后向投影模型；
步骤4、在绝对地理空间坐标系中，利用运动目标的二维运动特征和后向投影成像逐点逐脉冲相参累积成像，补偿飞机运动误差，方位空变误差以及运动目标运动引起的误差，成像结果直接输出地理参考坐标系中数字正射影像图；
步骤5、经过成像后，得到多通道SAR图像，利用运动目标产生的在不同通道SAR图像间的相位差构成导向矢量，进行多通道SAR图像相干叠加，提高目标的信噪比；具体如下：
当搜索参数和运动目标参数一致时，图像聚焦最好，信噪比最高，此时对应的搜索参数为V′x和V′y，并且据此计算出V′r，利用V′r构建目标导向矢量：
雷达平台沿航向有N个通道，其运动轨迹是一个半径为ra的圆，其角速度为ω，高度为H，λ为雷达载频波长，dn为通道之间的物理基线长，n＝1……N，t为方向位慢时间，利用该导向矢量对输出的多通道SAR图像进行相干累加，即：
其中K是为导向矢量和通道间的相位差相匹配而相干叠加产生的增益；PRF为脉冲重复频率，M为合成孔径时间内的总脉冲数，m为脉冲序号；R1(t)为运动目标与雷达第1通道的斜距；ψ为投影矩阵；步骤6、然后对合成的SAR图像进行运动目标检测，利用上述的搜索参数结果确定该目标的二维运动参数；具体包括：
接下来进行运动目标的检测，根据Z(x,y)的输出值：
其中γ为检测阈值，由固定的恒虚警率算出，当输出值Z(x,y)大于阈值时，为H1情况，即该单元存在运动目标，当Z(x,y)小于阈值时，为H0情况，即该单元不存在运动目标，同时由于成像的结果和目标的运动参数有关，因此利用此进行目标的二维运动参数估计：
其中Ωv为目标速度的搜索空间，当使用不同的目标运动参数进行后向投影成像，输出响应Z(x,y)最大时，认为该搜索参数即为运动目标的参数，和/>为估计出的该目标沿x轴方向和沿y轴方向的速度。
2.根据权利要求1所述的一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法，其特征在于，
由于每个通道的收发特性不同，需要进行通道均衡校正，第n通道天线方向图为wan(t)，通道均衡校正后：
wa(t)＝wa1(t)*C1＝...＝waN(t)CN
其中Cn为复数，为校正的幅度和相位；
由于通道之间的基线长度会引起一个相位偏移，因此需要进行基线时延补偿：
其中dn为通道之间的物理基线长，n＝1,...,N,d1＝0，ω为飞机平台的角速度，ra为飞机平台的飞行圆周半径。
3.根据权利要求1所述的一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法，其特征在于，所述步骤2、利用子空间投影，将多通道回波信号投影到噪声子空间，进行杂波抑制具体如下：
考虑到实际情况下，多通道雷达回波信号S包含运动目标信号St，地面静止杂波Sc和噪声W，即：
S＝Sc+St+W
将回波信号投影到噪声子空间进行杂波抑制：
S'＝ψS＝ψ(Sc+St+W)＝ψSt+W
其中ψ为投影矩阵。
4.根据权利要求1所述的一种机载多通道圆迹SAR运动目标检测与估计方法，其特征在于，所述步骤4利用运动目标的二维运动特征和后向投影成像逐点逐脉冲相参累积成像，具体包括：对于多通道圆迹SAR，由于基线的存在和运动目标的运动特性会产生的相位差，其中Vr为运动目标径向速度，是运动目标的二维合速度在斜距面上的投影；先利用后向投影算法对每个通道回波信号进行合成孔径时间内的脉冲积累，完成运动目标的聚焦成像，而后利用通道间相位差进行通道间回波信号的相干叠加：
(x,y)为大地坐标系的坐标点，K为常数增益，M为合成孔径时间内脉冲数，PRF(pulserepetition frequency)为脉冲重复频率，R1(t)为运动目标与雷达第1通道的斜距，与运动目标二维运动和飞机平台运动有关。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN114549912B (zh) * 2022-04-25 2022-07-15 中国科学院自动化研究所 引力波侯选体筛选方法、装置及存储介质
CN115137392A (zh) * 2022-08-05 2022-10-04 飞依诺科技股份有限公司 一种抑制杂波的超声波束合成方法、***及存储介质
CN116299465B (zh) * 2023-05-18 2023-08-01 西安电子科技大学 一种基于子空间时频映射的双基sar后向投影成像方法
CN116400310B (zh) * 2023-05-25 2023-07-28 中国科学院空天信息创新研究院 一种二维频域方位向多通道sar误差校正方法

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106872954A (zh) * 2017-01-23 2017-06-20 西安电子科技大学 一种高超声速平台杂波抑制和运动目标成像方法
CN110568434A (zh) * 2019-07-15 2019-12-13 电子科技大学 一种多通道匀加速轨迹sar动目标二维速度估计方法
CN110824473A (zh) * 2019-10-21 2020-02-21 西北工业大学 一种基于子空间的高分辨宽测绘带sar-gmti杂波抑制方法
CN112162281A (zh) * 2020-08-28 2021-01-01 西安电子科技大学 一种多通道sar-gmti图像域两步处理方法
CN112415515A (zh) * 2021-01-22 2021-02-26 南京邮电大学 一种机载圆迹sar对不同高度目标分离的方法

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN106872954A (zh) * 2017-01-23 2017-06-20 西安电子科技大学 一种高超声速平台杂波抑制和运动目标成像方法
CN110568434A (zh) * 2019-07-15 2019-12-13 电子科技大学 一种多通道匀加速轨迹sar动目标二维速度估计方法
CN110824473A (zh) * 2019-10-21 2020-02-21 西北工业大学 一种基于子空间的高分辨宽测绘带sar-gmti杂波抑制方法
CN112162281A (zh) * 2020-08-28 2021-01-01 西安电子科技大学 一种多通道sar-gmti图像域两步处理方法
CN112415515A (zh) * 2021-01-22 2021-02-26 南京邮电大学 一种机载圆迹sar对不同高度目标分离的方法

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