[發明專利]一種逆合成孔徑雷達的目標轉速估計方法

無效

• 申請號: 200810116076.5
• 申請日: 2008-07-02
• 公開（公告）號: CN101620272A
• 公開（公告）日: 2010-01-06
• 發明（設計）人: 葉春茂;許稼;彭應寧;王秀壇;左渝
• 申請（專利權）人: 清華大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/02
• 代理公司: 北京泛華偉業知識產權代理有限公司
• 代理人: 王 勇

技術領域

本發明涉及雷達技術領域，更具體地，本發明涉及一種逆合成孔徑雷 達的目標轉速估計方法。

背景技術

逆合成孔徑雷達(ISAR)可以提供非合作運動目標(例如飛機、艦船) 的二維圖像，增強后續的目標識別能力。ISAR通過發射寬帶信號提供沿雷 達視線方向(距離向)的高分辨能力；通過對雷達和目標之間相對視角的 變化進行相干積累，提供橫向分辨能力。當所成圖像積累的目標視角變化 較小時，采用高效的FFT處理可獲得目標的距離-多普勒(RD)圖像。

由于ISAR通常針對非合作目標成像，因此，目標等效轉動的估計(即 雷達和目標之間相對視角的變化)非常重要，這是因為存在下述兩個方面 的需求：首先，ISAR圖像定標的需要。雖然ISAR所成圖像的距離向分辨 率取決于雷達發射信號的帶寬，其通常是一個已知量；但是圖像的橫向分 辨率取決于相干積累時間內相對視角的變化量，對于非合作目標成像而言， 通常是未知的。只有對該視角變化量進行準確的估計，才能夠對ISAR圖像 的橫向進行定標，用于后續目標識別。其次，ISAR成像運動補償的需要。 當成像所積累視角變化較大時，可能出現跨分辨單元徙動(MTRC)問題， 引起圖像模糊；同時，當存在非勻速的目標轉動時，也會產生圖像散焦等 問題，這些都需要根據目標的轉動信息進行轉動補償，提高成像質量。

現有的ISAR轉動估計的典型方法主要有軌跡擬合法、圖像質量法和特 顯點跟蹤法。軌跡擬合法通過窄帶雷達提供的目標跟蹤數據，計算運動目 標相對雷達的視角變化，估計精度通常較低。圖像質量法采用圖像評價函 數來優化未知的轉角參數，當該圖像評價函數獲得極值時(此時圖像的聚 焦效果最好)，獲得相應的轉角估計，由于此類方法需要在解空間內進行反 復搜索，每一次搜索都需要復雜的成像處理，例如極坐標格式成像、卷積 逆投影成像，計算量較大。

特顯點跟蹤法需要跟蹤目標上至少三個不同的孤立散射點，此類方法 將目標上的回波信號近似為線性調頻信號(LFM)，通過估計LFM的起始頻 率和調頻率，并結合三個散射點所在的距離向位置信息，從而完成平動補 償、轉動補償和轉角估計，該類方法的優點是可以補償雷達相對于目標的 勻加速轉動影響，其主要問題是在實際情況中難以找到穩定可靠的高質量 孤立散射點。

當雷達和目標之間的相對轉動可視為勻速轉動時，產生了兩種新的特 顯點跟蹤法。一種方法仍將散射中心的回波信號近似為LFM信號，由于在 勻速轉動的情況下，同一距離單元內的LFM信號具有相同的調頻率，通過 計算不同距離單元回波信號的模糊函數，并采用Radon變化法檢測LFM的 調頻率，就能獲得目標與雷達之間相對轉動速度的估計，結合相干積累的 時間，就可以完成轉角估計和橫向定標工作。該方法需要計算模糊函數和 Radon變換，計算量較大，且調頻率的估計受模糊函數交叉項的影響較大， 精度有限。另一種方法則需要分析回波信號的高階相位系數，在勻速轉動 的情況下，散射點回波的三次相位系數和一次相位系數(多普勒頻率)之 間存在簡單的正比例關系，且比例系數就是旋轉角速度的平方，通過對高 階相位系數進行搜索，可以獲取關于旋轉角速度的最大似然估計。該方法 需要對相位系數進行高維搜索，計算量較大。

這些特顯點跟蹤法還具有一個共同的局限：對目標回波信號的分析都 是針對距離單元內的回波進行的，而散射點回波駐留在同一距離單元內的 時間有限(特別是對于高分辨雷達)；因而，信號的高階相位系數通常很 小，參數提取困難，參數提取的計算量較大，精度較低。

發明內容

為克服現有技術中逆合成孔徑雷達目標轉動估計計算量大、精度低的 缺陷，本發明提出一種逆合成孔徑雷達的目標轉速估計方法。

根據本發明的一個方面，提供了一種逆合成孔徑雷達的目標轉速估計 方法，包括：

步驟10)、根據接收到的回波數據，獲取逆合成孔徑雷達的距離-多普 勒圖像序列；在所述圖像序列中的每幅圖像上提取相應散射中心的位置進 行關聯；

步驟20)、對所述每幅圖像中關聯的相應至少兩個散射中心位置進行 組合，獲得由散射中心位置構成的斜率及斜率變化記錄；

步驟30)、對所述斜率變化記錄進行多項式擬合，根據擬合的多項式 系數和目標轉動估計公式估計目標轉速。