[發明專利]一種計算高效的合成孔徑雷達地面運動目標聚焦方法

在審

• 申請號: 202111535314.8
• 申請日: 2021-12-15
• 公開（公告）號: CN114488054A
• 公開（公告）日: 2022-05-13
• 發明（設計）人: 譚曉衡;朱皓宇;萬俊;陳展野;李東
• 申請（專利權）人: 重慶大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/90
• 代理公司: 重慶大學專利中心 50201
• 代理人: 黃濤

本發明公開了一種計算高效的合成孔徑雷達地面運動目標聚焦方法，包括對接收的雷達回波信號進行距離向脈沖壓縮和快速傅里葉變換；在距離頻域方位時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與原脈沖壓縮后信號相乘后進行尺度傅里葉變換在進行沿距離維的逆快速傅里葉變換；構造二階項補償函數，對補償后的信號在距離頻域方位時域中進行改進的方位慢時間反轉變換；對方位慢時間反轉變換后的信號與原補償后的信號相乘后進行尺度逆傅里葉變換再進行沿方位維的快速傅里葉變換；構造聚焦匹配函數，回波信號經聚焦匹配函數處理后轉換到距離時域方位頻域。本發明能有在存在多普勒模糊的情況下可以得到很好的聚焦結果。

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，具體是一種計算高效的合成孔徑雷達地面運動目標聚焦方法，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)以其全天候、全天時的特點，越來越受到世界各國的重視，并在軍事和民用領域得到了廣泛的應用。地面運動目標在SAR觀測場景上容易出現。因此，針對日益增長的運動目標監控需求，地面運動目標的聚焦對于SAR應用具有重要意義。然而，由于合成孔徑雷達(SAR)和地面運動目標之間的相對未知運動，運動目標信號的距離偏移(RM)和多普勒頻率偏移(DFM)很容易表現出來。在距離向，RM分別包含一階相位引起的距離走動徙動(RWM)和二階相位引起的距離彎曲徙動(RCM)。在方位向，一階相位引起多普勒中心偏移(DCS)和二階相位引起DFM。由于合成孔徑雷達(SAR)的脈沖重復頻率(PRF)一般較低，運動目標信號容易出現多普勒模糊。多普勒模糊通常包括多普勒中心模糊和頻譜分裂。上述幾個方面增加了對地面運動目標聚焦的難度。

針對長觀測時間內運動目標能量嚴重散焦問題，目前已經提出以下幾種方法：

第一種方法是基于去斜楔石變換(Deramp Keystone,DKP)的運動目標聚焦方法。該方法主要思想是在不受多普勒頻譜分裂影響的情況下，在選擇的方位時間內聚焦場景的所有目標。該方法在忽略運動目標的沿航跡速度方面存在一定的近似性，從而造成積分損失，嚴重影響最終運動目標聚焦的性能。

第二種方法是基于改進的二階楔石變換(Modified Second-order KeystoneTransform，MSOKT)的運動目標聚焦方法。該方法首先推導出一種徑向速度匹配函數，然后通過一種同時消除距離彎曲走動和多普勒頻率偏移的方法對運動目標進行聚焦。該方法估計徑向速度需要大量的參數搜索，來確定合適的徑向速度估計值，因此計算成本比較高且容易受到盲速旁瓣的影響。

綜上所示，方法一在忽略運動目標的沿航跡速度方面存在一定的近似性，從而造成積分損失，嚴重影響最終運動目標聚焦的性能。方法二在估計徑向速度時需要大量的參數搜索，來確定合適的徑向速度估計值，因此計算成本比較高且容易受到盲速旁瓣的影響，嚴重影響運動目標聚焦的性能。

發明內容

本發明的目的在于在現有的合成孔徑雷達運動目標聚焦方法的基礎上，針對它們的不足，提出一種計算高效的合成孔徑雷達地面運動目標聚焦方法，該方法可以有效地處理距離徙動(RM)和多普勒頻率徙動(DFM)，并且在存在多普勒模糊的情況下可以得到很好的聚焦結果。盲速旁瓣可以進一步解決。此外，由于避免了參數搜索步驟，因此該方法在計算上是高效的。

本發明中的計算高效的合成孔徑雷達地面運動目標聚焦方法包括有如下步驟：

(1)對經過了距離向脈沖壓縮的雷達回波信號s₁(t,t_n)進行距離向快速傅里葉變換，得到雷達回波信號s₁(f,t_n)，其中：f表示距離頻率變量，t_n表示方位慢時間變量，n表示方位脈沖序號；