[發明專利]基于楔石變換和積分二次函數的運動目標聚焦方法

有效

• 申請號: 201810086644.5
• 申請日: 2018-01-30
• 公開（公告）號: CN108535724B
• 公開（公告）日: 2021-04-30
• 發明（設計）人: 周宇;萬俊;張林讓;陳展野
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發明提供了一種基于楔石變換和積分二次函數的運動目標聚焦方法，主要解決現有運動目標聚焦方法不能有效補償運動目標的高階距離和多普勒徙動的問題。其實現步驟是：發射脈沖線性調頻信號，并接收雷達回波；讀取雷達回波信號進行距離向脈沖壓縮和快速傅里葉變換；在距離頻域中進行方位慢時間反轉變換；對方位慢時間反轉變換后的信號進行二階楔石變換；對二階楔石變換后的信號進行距離頻域逆快速傅里葉變換；提取單個距離單元的方位慢時間信號進行積分二次函數處理，估計二次項，構造補償函數聚焦運動目標，遍歷所有距離單元聚焦全部目標。本發明能有效補償運動目標的高階距離和多普勒徙動，用于合成孔徑雷達運動目標聚焦成像。

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，特別涉及運動目標聚焦成像，具體是一種基于楔石變換和積分二次函數的運動目標聚焦方法，可用于合成孔徑雷達運動目標聚焦成像。

背景技術

合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)，是一種高分辨成像系統。由于其具有全天時、全天候、受環境依賴程度低等特點，廣泛的應用于軍事/民用等領域。然而，雷達探測場景內不可避免地存在地面運動目標。雷達對于地面運動目標的檢測具有重要的意義，如戰場態勢的評估和交通情況的監控。將SAR技術與地面運動目標指示(GroundMoving Target Indication，GMTI)技術相結合，既可以對地面熱點地區的固定目標進行觀測，又可以獲取運動目標的信息。近些年來，合成孔徑雷達地面運動目標指示系統的成像分辨率從最初的幾十米發展到現在的厘米量級，大大增強了雷達對觀測區域態勢信息的獲取能力。然而，隨著雷達分辨率的提高，有效合成孔徑時間的延長，場景中運動目標的距離徙動和多普勒徙動問題更加突出，導致SAR圖像中運動目標散焦問題更為嚴重。因此，如何在長觀測時間內對運動目標進行精確、高效的聚焦成像是合成孔徑雷達地面運動目標指示系統面臨的重要問題之一。

針對長觀測時間內運動目標距離徙動和多普勒徙動造成的目標能量嚴重散焦問題，目前已經提出以下幾種方法：

第一種方法是基于楔石變換(Keystone Transform,KT)和一階離散多項式變換(Discrete Polynomial Phase Transform,DPT)的運動目標聚焦方法。該方法主要考慮了運動目標的二階距離模型，但并未考慮目標的機動運動特性。對于長合成孔徑時間下的機動運動目標聚焦，三階距離模型帶來的距離徙動和多普勒徙動都會成造成目標的能量沿距離維和多普勒維擴散。如果忽略它們，則會導致能量積累的損失，嚴重影響最終運動目標聚焦的性能。

第二種方法是基于KT和時間反轉變換(Time Reversal Transform，TRT)的運動目標聚焦方法。該方法也只考慮了運動目標的二階距離模型，忽略了三階距離模型的影響，同時只對運動目標的距離彎曲進行了近似補償。隨著雷達距離分辨率的提高與合成孔徑時間的延長，這些忽略與近似都會成造目標的能量沿距離維和多普勒維擴散。嚴重影響最終運動目標聚焦的性能。

方法一忽略了目標的機動運動特性，造成目標能量沿距離維和多普勒維擴散，嚴重影響最終運動目標聚焦的性能。方法二不僅忽略了目標的機動運動特性，還僅對運動目標的距離彎曲近似補償，這些忽略與近似都會成造目標的能量散焦。嚴重影響最終運動目標聚焦的性能。

發明內容

本發明的目的在于針對現有的合成孔徑雷達運動目標聚焦方法的不足，提出一種基于楔石變換和積分二次函數的運動目標聚焦方法，它不僅可以補償運動目標的高階距離和多普勒徙動，還可以消除多普勒中心模糊，其特征在于，包括有如下步驟：

(1)發射并接收信號：利用機載合成孔徑雷達發射線性調頻信號，并接收相應的雷達回波信號；

(2)在距離向進行脈沖壓縮與快速傅里葉變換：讀取雷達回波信號并對該信號進行距離向脈沖壓縮和距離向快速傅里葉變換，得到距離頻域和方位慢時間域的雷達回波信號s₁(f,t_m)，其中：f表示距離頻率變量，t_m表示方位慢時間變量，m表示方位脈沖序號；