本發(fā)明涉及雷達信號處理
技術領域：
，特別涉及一種機載SAR雷達速度的優(yōu)化估計方法，適用于SAR雷達的精確成像。
背景技術：
：合成孔徑雷達(SAR)具有全天候、全天時和遠距離成像的特點，能有效提高雷達的信息獲取能力，在土地監(jiān)測、農(nóng)田測繪、海洋觀測、海冰監(jiān)視和地面形變觀測等民事領域以及戰(zhàn)場偵察、軍隊動向監(jiān)視等軍事領域都有重要的應用；隨著SAR雷達的發(fā)展，其分辨率逐漸提高，SAR雷達成像中地物的圖像越來越清晰，SAR雷達成像的質量也來越高；人們一直在探索通過提高SAR雷達成像分辨率來改善SAR雷達成像的應用，如城區(qū)交通規(guī)劃和管理、高精度高度測量、地物分類、三維成像等。通常的SAR雷達成像算法均假定載體做勻速直線運動，其載體可能是中、低空飛行的輕型飛機、直升機或者無人機等，受大氣氣流和導航飛控系統(tǒng)誤差的影響，載體的顛簸和擾動可能比較大，錄取的數(shù)據(jù)與理想航線的相比較會有較大失真，此時如果不進行運動補償，將導致成像質量嚴重下降；“運動是成像的依據(jù)，也是產(chǎn)生問題的根源，”一方面SAR雷達載體與被成像區(qū)域之間的相對運動是獲得方位向高分辨率成像的關鍵；另一方面偏離理想運動的運動誤差制約著SAR雷達的高分辨率成像；因此深入研究機載SAR雷達的運動補償具有現(xiàn)實意義，而對SAR雷達運動速度的估計是運動補償?shù)年P鍵。熵作為描述信息不確定性的尺度，在信號處理領域有著廣泛的應用，就SAR雷達成像聚焦問題而言，散焦圖像對比度較低，表明各像素取值概率接近，不確定性較大；而聚焦圖像對比度較高，說明各像素取值的確定性增加，因此，用熵來作為衡量SAR雷達成像聚焦程度的尺度是合理的；由熵的定義以及SAR雷達圖像的物理意義可知，若回波相位誤差越小，則SAR雷達成像聚焦越好，而熵也就越?。划擲AR雷達成像完全聚焦時，熵取得最小值，這樣利用最小熵準則對不同的載機速度進行搜索，當SAR雷達成像的熵達到最小時，所對應的SAR雷達的載機速度也就是真實的載機速度。使用最小熵方法由復圖像域出發(fā)，也就是以圖像的聚焦程度為準則對SAR雷達成像進行聚焦處理，能夠避免圖像偏置(MD)方法因天線方向圖不嚴格對稱以及相位梯度自聚焦(PGA)算法由于SAR雷達成像中不存在特顯點而導致估計精度差的問題，該問題存在于任何場景，但是傳統(tǒng)基于最小熵搜索雷達速度的方法搜索次數(shù)多導致計算量大。技術實現(xiàn)要素：針對上述技術問題存在的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種機載SAR雷達速度的優(yōu)化估計方法，該種機載SAR雷達速度的優(yōu)化估計方法是基于最小熵的SAR雷達速度估計方法，并采用牛頓法搜索最小熵，能夠有效減少搜索次數(shù)從而減少計算量。本發(fā)明的主要思路：獲取第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)，并得到第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)；然后計算第i次搜索地面目標對應的方位壓縮參考函數(shù)設定第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)包含Q個距離單元,選取其中N個距離單元；將選取的N個距離單元分別與相乘后再分別作FFT，進而得到方位壓縮后第i次搜索地面目標對應的圖像塊；計算第i次搜索地面目標對應的圖像塊的信息熵，如果信息熵對于第i次搜索地面目標得到的速度值的一階導數(shù)絕對值小于設定的允許誤差，則將對應的第i次搜索地面目標得到的速度值，作為最終估計的機載SAR雷達速度。為達到上述技術目的，本發(fā)明采用如下技術方案予以實現(xiàn)。一種機載SAR雷達速度的優(yōu)化估計方法，包括以下步驟：步驟1，獲取機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)，所述機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)為機載SAR雷達發(fā)射信號照射到地面目標后反射回來的信號，然后對機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)在方位向上進行分段,得到D段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)；D為大于0的正整數(shù)；在D段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)中任意選取一段機載雷達回波數(shù)據(jù)，記為第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)，l∈{1,2,…,D}；步驟2，對第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)進行距離壓縮，得到第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)；初始化：令i表示搜索次數(shù)的序號，i的初始值為1；步驟3，計算得到第i次搜索地面目標得到的速度值對應的多普勒調頻率，進而計算得到第i次搜索地面目標對應的方位壓縮參考函數(shù)；步驟4，設定第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)包含Q個距離單元,選取其中N個距離單元,N<Q；將選取的N個距離單元分別與第i次搜索地面目標對應的方位壓縮參考函數(shù)相乘后再分別作快速傅里葉變換，進而得到方位壓縮后第i次搜索地面目標對應的圖像塊；其中，N為第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)中幅度較大距離單元個數(shù)，N為大于0的正整數(shù)；步驟5，計算得到第i次搜索地面目標對應的圖像塊的信息熵，如果第i次搜索地面目標對應的圖像塊的信息熵對于第i次搜索地面目標得到的速度值的一階導數(shù)絕對值大于或等于ε，則令i加1，返回步驟3；如果第i次搜索地面目標對應的圖像塊的信息熵對于第i次搜索地面目標得到的速度值的一階導數(shù)絕對值小于ε，則迭代停止，并將迭代停止時對應的第i次搜索地面目標得到的速度值，作為最終估計的機載SAR雷達速度。本發(fā)明與現(xiàn)有技術相比具有如下優(yōu)點：(1)本發(fā)明方法能夠解決傳統(tǒng)基于最小熵搜索法得到雷達速度的計算量大、搜索次數(shù)多的問題，并能夠快速得到機載SAR雷達的真實速度；(2)本發(fā)明方法引入牛頓一維搜索法對機載SAR雷達速度進行估計，提高收斂速度。附圖說明為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。圖1為本發(fā)明的一種機載SAR雷達速度的優(yōu)化估計方法流程圖；圖2為速度不準確導致的目標散焦示意圖，其中defocusedimage為散焦圖像；圖3為經(jīng)過傳統(tǒng)最小熵搜索速度后的聚焦圖像示意圖，其中refocusedimage為重聚焦圖像；圖4為經(jīng)過基于牛頓法的最小熵搜索速度后的聚焦圖像示意圖，其中refocusedimage為重聚焦圖像。具體實施方式下面將結合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。參照圖1，為本發(fā)明的一種機載SAR雷達速度的優(yōu)化估計方法流程圖；本發(fā)明實施例利用牛頓法搜索最小熵以估計機載SAR雷達速度，所述方法包括以下步驟：步驟1，獲取機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)，所述機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)為機載SAR雷達發(fā)射信號照射到地面目標后反射回來的信號，然后對機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)在方位向上進行分段,得到D段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)；D為大于0的正整數(shù)。機載SAR雷達的載機在每段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)內(nèi)分別勻速運動,并分別以機載SAR雷達的載機上慣導系統(tǒng)傳遞的速度參數(shù)v作為基準點,其中慣導系統(tǒng)是安裝在機載SAR雷達的載機上的一種傳感器，慣性系統(tǒng)響應速度快，具有短時間測量精度。在D段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)中任意選取一段機載雷達回波數(shù)據(jù)，記為第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)，l∈{1,2,…,D}。步驟2，對第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)進行距離壓縮，得到第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)。初始化：令i表示搜索次數(shù)的序號，i的初始值為1。步驟3，計算得到第i次搜索地面目標得到的速度值對應的多普勒調頻率Ki，Ki＝-2Vi2/(λR)，Vi表示第i次搜索地面目標得到的速度值，初始搜索地面目標得到的速度值V0為機載SAR雷達的載機上慣導系統(tǒng)傳遞的速度參數(shù)v，初始搜索地面目標得到的速度值V0對應的多普勒調頻率為K0，λ表示機載SAR雷達發(fā)射信號的波長，R表示機載SAR雷達到地面目標的斜距；進而計算得到第i次搜索地面目標對應的方位壓縮參考函數(shù)其中，tm表示機載SAR雷達的方位向慢時間，exp表示指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)單位。步驟4，設定第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)包含Q個距離單元,選取其中幅度較大的N個距離單元,N<Q，INT(·)表示取整操作；該N個距離單元中存在能量較大的地面目標可能性最大,能夠使得方位壓縮后輸出圖像的熵越小,因此由該N個距離單元估計得到的機載SAR雷達載機速度可信度較高；本發(fā)明方法尤其適用于飛行不平穩(wěn)的機載SAR雷達載機。將選取的幅度較大的N個距離單元分別與第i次搜索地面目標對應的方位壓縮參考函數(shù)相乘后再分別作快速傅里葉變換，進而得到方位壓縮后第i次搜索地面目標對應的圖像塊Ii(M×N)，其中，M為機載SAR雷達的載機在第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)內(nèi)的采樣點數(shù)，N為第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)中幅度較大距離單元個數(shù)，M、N分別為大于0的正整數(shù)。步驟5，根據(jù)SAR圖像的信息熵定義計算得到第i次搜索地面目標對應的圖像塊的信息熵Hi(M×N)，log10表示底數(shù)為10的對數(shù)操作，Pi(m,n)表示第m個采樣點、第n個距離單元處的第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)第i次搜索地面目標時對應的散射強度密度，Si,n表示第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)第i次搜索第n個距離單元處地面目標時的總功率，Si(m,n)表示方位壓縮后第i次搜索地面目標對應的圖像塊Ii(M×N)中第m個采樣點、第n個距離單元處的數(shù)值，m∈{1,2,…,M}，n∈{1,2,…,N}，M為機載SAR雷達的載機在第l段機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)內(nèi)的采樣點數(shù)，N為第l段經(jīng)過距離壓縮的機載SAR雷達回波數(shù)據(jù)中幅度較大距離單元個數(shù)，M、N分別為大于0的正整數(shù)。第i次搜索地面目標得到的速度值Vi是根據(jù)牛頓法計算得到的，其表達式為：H″(i-1)(M×N)表示H(i-1)(M×N)對于第i-1次搜索地面目標得到的速度值Vi-1的二階導數(shù)，H′(i-1)(M×N)表示H(i-1)(M×N)對于第i-1次搜索地面目標得到的速度值Vi-1的一階導數(shù)，H(i-1)(M×N)表示第i-1次搜索地面目標對應的圖像塊的信息熵，Vi-1表示第i-1次搜索地面目標得到的速度值。如果第i-1次搜索地面目標對應的圖像塊的信息熵對于第i-1次搜索地面目標得到的速度值Vi-1的一階導數(shù)絕對值|H′(i-1)(M×N)|≥ε，則令i加1，返回步驟3。如果第i-1次搜索地面目標對應的圖像塊的信息熵對于第i-1次搜索地面目標得到的速度值Vi-1的一階導數(shù)絕對值|H′(i-1)M×N)|<ε，則迭代停止，并將迭代停止時對應的第i次搜索地面目標得到的速度值Vi，作為最終估計的機載SAR雷達速度；其中，ε表示設定的允許誤差，ε>0；設定的允許誤差ε越小，精確度越高。下面通過仿真實驗對本發(fā)明效果作進一步驗證說明。(一)仿真參數(shù)：物理意義數(shù)值物理意義數(shù)值采樣點數(shù)800速度搜索范圍(100,200)帶寬60MHz慣導速度v150m/s(二)仿真結果：圖2為速度不準確導致的目標散焦示意圖，是散焦的點目標目標方位向信號，其中defocusedimage為散焦圖像；圖3為經(jīng)過傳統(tǒng)最小熵搜索速度后的聚焦圖像示意圖，即經(jīng)過傳統(tǒng)基于最小熵估計速度后的點目標方位向信號，共經(jīng)過了121次搜索，其中refocusedimage為重聚焦圖像；由圖2和圖3看到聚焦效果良好，此時的速度就是機載合成孔徑雷達的實際速度，但是計算量巨大，假設方位上有800個采樣點，求此數(shù)據(jù)的熵至少需要800次求模運算、801次對數(shù)運算、1600次乘法、800次加法和一次除法。圖4為經(jīng)過基于牛頓法的最小熵搜索速度后的聚焦圖像示意圖，即引入牛頓搜索的基于最小熵的速度估計方法得到的點目標方位向信號，只經(jīng)過了8次搜索，動目標方位向就得到了良好的聚焦，此時的速度就是機載合成孔徑雷達的實際速度，其中refocusedimage為重聚焦圖像。以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何熟悉本
技術領域：
的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內(nèi)，可輕易想到變化或替換，都應涵蓋在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護范圍應以所述權利要求的保護范圍為準。當前第1頁1 2 3