本發(fā)明涉及雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，尤其是一種合成孔徑雷達(dá)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
：機(jī)載圓軌跡條帶合成孔徑雷達(dá)(circularstripmapsyntheticapertureradar，cssar)具有覆蓋范圍廣和周期性重訪的特點(diǎn)，因而適合用于地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示(groundmovingtargetindication，gmti)。目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)是gmti系統(tǒng)的基本任務(wù)之一，因此有必要研究適用于機(jī)載cssar的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法。現(xiàn)有的適用于常規(guī)直線軌跡合成孔徑雷達(dá)(syntheticapertureradar，sar)的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法通常是根據(jù)目標(biāo)的方位調(diào)頻率估計(jì)目標(biāo)的方位向速度，根據(jù)目標(biāo)的多普勒中心頻率估計(jì)目標(biāo)的距離向速度。然而，對(duì)于機(jī)載cssar，它的圓形的運(yùn)動(dòng)軌跡導(dǎo)致目標(biāo)的位置和速度之間出現(xiàn)了耦合，使得上述用于直線軌跡sar的運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法無法直接用于機(jī)載cssar。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明為機(jī)載多通道cssar提出一種能應(yīng)對(duì)目標(biāo)位置和速度之間的耦合的運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法。針對(duì)機(jī)載cssar下地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的位置和速度存在的耦合導(dǎo)致現(xiàn)有地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法無法用于機(jī)載cssar的問題，提出一種能夠應(yīng)對(duì)目標(biāo)位置和速度之間的耦合的運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)方法，實(shí)現(xiàn)機(jī)載多通道cssar下地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案的步驟為：步驟1、假設(shè)：(1)雜波已被機(jī)載多通道cssar系統(tǒng)采用偏置相位中心天線(displacedphasecenterantenna，dpca)方法抑制；(2)距離壓縮后的目標(biāo)信號(hào)已被提取，且目標(biāo)信號(hào)位于原始數(shù)據(jù)域；對(duì)距離壓縮后的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，將目標(biāo)信號(hào)變換到方位時(shí)域距離頻域，進(jìn)入步驟2；步驟2、對(duì)步驟1變換到方位時(shí)域距離頻域的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行基帶多普勒中心補(bǔ)償，包括如下步驟：a)方位時(shí)域距離頻域的目標(biāo)信號(hào)sdpca(fr,ta)表示為其中，wr(·)為距離頻率包絡(luò)，wa,1(·)為參考通道的收發(fā)雙程天線方向圖，fc為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的載頻，fr為距離頻率，ta為方位慢時(shí)間，c為光速，λ為波長，tb為目標(biāo)位于參考通道等效相位中心的正側(cè)視方向的時(shí)刻，rb為tb時(shí)刻目標(biāo)到雷達(dá)的距離，ka為目標(biāo)的多普勒調(diào)頻率，fac為目標(biāo)的多普勒中心頻率，且fac可表示為fac＝fac,b+m·prf，其中fac,b為目標(biāo)基帶多普勒中心頻率，m為目標(biāo)多普勒模糊數(shù)，prf為雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率；b)假設(shè)目標(biāo)基帶多普勒中心頻率fac,b的估計(jì)值為則根據(jù)方位時(shí)域距離頻率域目標(biāo)信號(hào)的表達(dá)式，基帶多普勒中心補(bǔ)償函數(shù)可構(gòu)造為將式(1)的目標(biāo)信號(hào)與公式(2)的補(bǔ)償函數(shù)相乘即可實(shí)現(xiàn)基帶多普勒中心補(bǔ)償；步驟3、對(duì)步驟2中基帶多普勒中心補(bǔ)償后的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行方位向傅里葉變換，將目標(biāo)信號(hào)變到二維頻域；步驟4、估計(jì)目標(biāo)的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率，得到的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率的估計(jì)值分別為和步驟5、利用步驟4估計(jì)的目標(biāo)多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率構(gòu)造二維頻域的參考函數(shù)，將步驟3中的目標(biāo)信號(hào)與該參考函數(shù)相乘進(jìn)行目標(biāo)成像，然后對(duì)相乘后的信號(hào)進(jìn)行二維傅里葉逆變換將目標(biāo)信號(hào)變到圖像域；二維頻域參考函數(shù)構(gòu)造為：其中fa為基帶方位頻率，且滿足-prf/2≤fa≤prf/2，和分別為目標(biāo)多普勒調(diào)頻率和多普勒模糊數(shù)的估計(jì)值；步驟6、根據(jù)目標(biāo)在圖像域中的位置估計(jì)正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)的位置參數(shù)，包括如下步驟：a)圖像域目標(biāo)信號(hào)表示為：其中，tr為距離快時(shí)間，pr(·)為距離壓縮沖激響應(yīng)函數(shù)，pa(·)為方位壓縮沖激響應(yīng)函數(shù)；b)根據(jù)公式(4)的圖像域目標(biāo)信號(hào)的表達(dá)式，正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)的位置參數(shù)rb和方位角θb由下式估計(jì)得出：其中，和分別為rb和θb的估計(jì)值，ta,img和tr,img為圖像域中目標(biāo)的方位向位置和距離向位置，ω為雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的角速度；步驟7、根據(jù)目標(biāo)的多普勒中心頻率、多普勒調(diào)頻率和正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)的位置參數(shù)估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，采用如下公式估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：式(7)和式(8)中，其中，為vx的估計(jì)值，為vy的估計(jì)值，vx和vy分別是目標(biāo)沿x軸和y軸的速度，為fac的估計(jì)值，為rb的估計(jì)值，rb為正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，ra是雷達(dá)運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑，h為雷達(dá)的高度。本發(fā)明的步驟4采用基于最大對(duì)比度的方法估計(jì)目標(biāo)的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率，具體步驟如下：a)將步驟3中基帶多普勒中心補(bǔ)償后的二維頻域目標(biāo)信號(hào)s(fr,fa)表示為其中wa(fa)為方位頻率包絡(luò)；b)采用如下基于最大對(duì)比度的方法估計(jì)目標(biāo)的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率：式(4)中，s(tr,ta；ka,m)＝idft2{s(fr,fa)·h2(fr,fa；ka,m)}(14)其中，idft2(·)表示二維傅里葉逆變換，e(·)表示空間平均操作，contrast(·)表示圖像的對(duì)比度，ka和m分別是構(gòu)造二維頻域參考函數(shù)h2(fr,fa；ka,m)時(shí)使用的目標(biāo)多普勒調(diào)頻率和多普勒模糊數(shù)。本發(fā)明的有益效果在于建立了目標(biāo)位置和速度之間的耦合的精確關(guān)系式，并根據(jù)目標(biāo)信號(hào)模型，提出利用目標(biāo)的多普勒調(diào)頻率、多普勒中心頻率和目標(biāo)在sar圖像中的位置信息來解除目標(biāo)位置和速度之間的耦合。本發(fā)明能準(zhǔn)確估計(jì)出機(jī)載多通道cssar下地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，還可用于地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像。附圖說明圖1是本發(fā)明的流程示意圖。圖2是機(jī)載雙通道cssar觀測(cè)幾何圖，其中ra為雷達(dá)運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑，ω為雷達(dá)的角速度，h為雷達(dá)高度，vx和vy分別為目標(biāo)沿x軸和y軸的速度，r0和θ0為零時(shí)刻目標(biāo)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離和目標(biāo)的方位角。圖3是目標(biāo)1的成像仿真結(jié)果圖，其中，圖3(a)為聚焦好的目標(biāo)圖像，圖3(b)為方位向剖面圖，圖3(c)為距離向剖面圖。圖4是目標(biāo)2成像仿真結(jié)果圖，其中，圖4(a)為聚焦好的目標(biāo)圖像，圖4(b)為方位向剖面圖，圖4(c)為距離向剖面圖。圖5是目標(biāo)3的成像仿真結(jié)果圖，其中，圖5(a)為聚焦好的目標(biāo)圖像，圖5(b)為方位向剖面圖，圖5(c)為距離向剖面圖。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是本發(fā)明的流程示意圖，本發(fā)明的具體步驟如下：步驟1、假設(shè)：(1)雜波已被機(jī)載多通道cssar系統(tǒng)采用偏置相位中心天線(displacedphasecenterantenna，dpca)方法抑制；(2)距離壓縮后的目標(biāo)信號(hào)已被提取，且目標(biāo)信號(hào)位于原始數(shù)據(jù)域；對(duì)距離壓縮后的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行距離向傅里葉變換，將目標(biāo)信號(hào)變換到方位時(shí)域距離頻域，進(jìn)入步驟2；圖2為機(jī)載雙通道cssar觀測(cè)幾何圖。雷達(dá)平臺(tái)的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)半徑為ra的圓。雷達(dá)平臺(tái)的角速度為ω，飛行高度為h。雷達(dá)波束始終垂直于速度方向并指向運(yùn)動(dòng)軌跡的外側(cè)。假設(shè)目標(biāo)勻速直線運(yùn)動(dòng)，且其沿x軸和y軸的速度分別為vx和vy。假設(shè)，在ta＝0時(shí)刻(ta為方位慢時(shí)間)，雷達(dá)通道1(參考通道)的等效相位中心位于(ra,0,h)，雷達(dá)通道2的等效相位中心位于(ra,-d,h)，目標(biāo)位于(r0cosθ0,r0sinθ0,0)，其中，r0為ta＝0時(shí)刻目標(biāo)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，θ0為ta＝0時(shí)刻目標(biāo)的方位角，d為雷達(dá)相鄰等效相位中心之間的距離(基線長度)。根據(jù)圖2，目標(biāo)到第i(i＝1,2)個(gè)通道的等效相位中心的瞬時(shí)距離ri(ta)可表示為式中，vta＝vycos(θb)-vxsin(θb)(19)其中，tb為目標(biāo)位于參考通道等效相位中心的正側(cè)視方向的時(shí)刻，即正側(cè)視時(shí)刻，θb為ta＝tb時(shí)刻目標(biāo)的方位角，rb為正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，vtr為正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)速度在雷達(dá)視線方向上的投影，vta為正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)速度在雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向上的投影，vt為目標(biāo)的合速度。經(jīng)載頻解調(diào)和距離壓縮后，第i個(gè)通道接收到的目標(biāo)回波信號(hào)可表示為其中，pr(·)為距離壓縮沖激響應(yīng)函數(shù)，wa,i(·)為第i個(gè)通道的收發(fā)雙程天線方向圖，tr為距離快時(shí)間，λ為波長，c為光速。為表述簡潔，忽略了目標(biāo)信號(hào)中的常數(shù)幅度項(xiàng)。以通道1為參考通道，通道2配準(zhǔn)后的目標(biāo)回波信號(hào)可表示為式中，其中wa,1(ta)為參考通道(通道1)的收發(fā)雙程天線方向圖，r2(.)為通道2的目標(biāo)距離方程，r2,reg(ta)為通道2配準(zhǔn)后的目標(biāo)距離方程。由于r2,reg(ta)與r1(ta)之間的差值，即vtrd/(raω)要遠(yuǎn)小于一個(gè)距離采樣單元。因此在距離包絡(luò)中可以忽略它們之間的差別，從而dpca雜波抑制后的目標(biāo)信號(hào)可表示為對(duì)上式進(jìn)行距離向傅里葉變換，可得方位時(shí)域距離頻率域的目標(biāo)信號(hào)：其中，fr為距離頻率，fc為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的載頻，wr(fr)為距離頻率包絡(luò)。步驟2、對(duì)步驟1變換到方位時(shí)域距離頻域的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行基帶多普勒中心補(bǔ)償，包括如下步驟：a)首先將r1(ta)改寫成式(26)中，其中，ka為目標(biāo)的多普勒調(diào)頻率，rb為tb時(shí)刻目標(biāo)到雷達(dá)的距離，fac為目標(biāo)的多普勒中心頻率，而且fac可表示為fac＝fac,b+m·prf，其中fac,b為目標(biāo)基帶多普勒中心頻率，m為目標(biāo)多普勒模糊數(shù)，prf為雷達(dá)的脈沖重復(fù)頻率。根據(jù)式(26)，方位時(shí)域距離頻域的目標(biāo)信號(hào)sdpca(fr,ta)表示為b)目標(biāo)的基帶多普勒中心頻率可由常規(guī)的平均互相關(guān)系數(shù)(averagecrosscorrelationcoefficient，accc)方法估計(jì)出。這里需要注意的是，由于目標(biāo)的距離徙動(dòng)還未被校正，需在方位時(shí)域距離頻率域利用accc方法估計(jì)目標(biāo)的基帶多普勒中心頻率。假設(shè)估計(jì)出來的目標(biāo)基帶多普勒中心頻率為則根據(jù)方位時(shí)域距離頻率域目標(biāo)信號(hào)的表達(dá)式，基帶多普勒中心補(bǔ)償函數(shù)可構(gòu)造為將式(1)的目標(biāo)信號(hào)與公式(2)的補(bǔ)償函數(shù)相乘即可實(shí)現(xiàn)基帶多普勒中心補(bǔ)償。根據(jù)sdpca(fr,ta)和h1(fr)的表達(dá)式，基帶多普勒中心補(bǔ)償后的目標(biāo)信號(hào)可表示為步驟3、對(duì)步驟2中基帶多普勒中心補(bǔ)償后的目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行方位向傅里葉變換，將目標(biāo)信號(hào)變到二維頻域；利用駐地相位原理，對(duì)s(fr,ta)進(jìn)行方位向傅里葉變換，可得二維頻域目標(biāo)信號(hào)：其中wa(fa)為方位頻率包絡(luò)；步驟4、估計(jì)目標(biāo)的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率，得到的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率的估計(jì)值分別為和通過補(bǔ)償公式(11)中目標(biāo)信號(hào)表達(dá)式中的最后三個(gè)指數(shù)項(xiàng)，就可實(shí)現(xiàn)目標(biāo)聚焦。因此，本發(fā)明采用如下基于最大對(duì)比度的方法估計(jì)目標(biāo)的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率：式(4)中，s(tr,ta；ka,m)＝idft2{s(fr,fa)·h2(fr,fa；ka,m)}(14)其中，idft2(·)表示二維傅里葉逆變換，e(·)表示空間平均操作，contrast(·)表示圖像的對(duì)比度，和分別為目標(biāo)多普勒調(diào)頻率和多普勒模糊數(shù)的估計(jì)值，ka和m分別是構(gòu)造二維頻域參考函數(shù)h2(fr,fa；ka,m)時(shí)使用的目標(biāo)多普勒調(diào)頻率和多普勒模糊數(shù)；步驟5、利用步驟4估計(jì)的目標(biāo)多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率構(gòu)造二維頻域的參考函數(shù)，將步驟3中的目標(biāo)信號(hào)與該參考函數(shù)相乘進(jìn)行目標(biāo)成像，然后對(duì)相乘后的信號(hào)進(jìn)行二維傅里葉逆變換將目標(biāo)信號(hào)變到圖像域；根據(jù)公式(3)中二維頻域目標(biāo)信號(hào)的表達(dá)式，二維頻域參考函數(shù)構(gòu)造為：根據(jù)該參考函數(shù)和二維頻域目標(biāo)信號(hào)的表達(dá)式，圖像域目標(biāo)信號(hào)可表示為：其中pa(·)為方位壓縮沖激響應(yīng)函數(shù)?？梢钥吹剑繕?biāo)在圖像域中沒有出現(xiàn)方位向的位置偏移，這將有利于后續(xù)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)。步驟6，根據(jù)目標(biāo)在圖像域中的位置估計(jì)正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)的位置參數(shù)。根據(jù)公式(4)的圖像域目標(biāo)信號(hào)的表達(dá)式，正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)到雷達(dá)的距離rb和目標(biāo)的方位角θb由下式估計(jì)出：其中，和分別為rb和θb的估計(jì)值，ta,img和tr,img為圖像域中目標(biāo)的方位向位置和距離向位置，ω為雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的角速度。步驟7，根據(jù)目標(biāo)的多普勒中心頻率、多普勒調(diào)頻率和正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)的位置參數(shù)估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，采用如下公式估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)：式(7)和式(8)中，其中，為vx的估計(jì)值，為vy的估計(jì)值，vx和vy分別是目標(biāo)沿x軸和y軸的速度，為fac的估計(jì)值，為rb的估計(jì)值，rb為正側(cè)視時(shí)刻目標(biāo)到坐標(biāo)原點(diǎn)的距離，ra是雷達(dá)運(yùn)動(dòng)軌跡的半徑，h為雷達(dá)的高度。本發(fā)明的效果通過以下仿真實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步說明：機(jī)載雙通道ccsar系統(tǒng)參數(shù)見表1，仿真了三個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，參數(shù)見表2，三個(gè)目標(biāo)的信噪比(signal-to-noiseratio，snr)均設(shè)為30db。在采用基于最大對(duì)比度的方法估計(jì)目標(biāo)的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率時(shí)，參數(shù)m和ka的搜索范圍分別設(shè)為[-1,1]和[563hz/s,634hz/s]，這能覆蓋的目標(biāo)速度范圍為[-35m/s,35m/s]。參數(shù)m為整數(shù)，對(duì)其的搜索步長為1，參數(shù)ka的搜索步長δka設(shè)定為1hz/s，這能保證目標(biāo)的方位壓縮沖激響應(yīng)函數(shù)的展寬小于2％(因?yàn)?。表1機(jī)載雙通道cssar系統(tǒng)參數(shù)雷達(dá)平臺(tái)速度150m/s飛行半徑2.5km雷達(dá)平臺(tái)高度10km場(chǎng)景中心距離20km載頻10ghz發(fā)射信號(hào)帶寬75mhz采樣頻率100mhz脈沖重復(fù)頻率1500hz合成孔徑時(shí)間0.9s相鄰等效相位中心間距0.2m系統(tǒng)重訪時(shí)間104.72ssnr20db表2目標(biāo)參數(shù)vx(m/s)vy(m/s)r0(km)θ0(rad)目標(biāo)1-241319.90.01目標(biāo)2-3-420.10.04目標(biāo)3-18319.8-0.02表3圖像質(zhì)量參數(shù)表4目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)結(jié)果圖3是目標(biāo)1的成像仿真結(jié)果圖，其中，圖3(a)為聚焦好的目標(biāo)圖像，圖3(b)為方位向剖面圖，圖3(c)為距離向剖面圖。圖4是目標(biāo)2成像仿真結(jié)果圖，其中，圖4(a)為聚焦好的目標(biāo)圖像，圖4(b)為方位向剖面圖，圖4(c)為距離向剖面圖。圖5是目標(biāo)3的成像仿真結(jié)果圖，其中，圖5(a)為聚焦好的目標(biāo)圖像，圖5(b)為方位向剖面圖，圖5(c)為距離向剖面圖。圖3為目標(biāo)成像仿真結(jié)果，表3給出了測(cè)量的圖像質(zhì)量參數(shù)，其中包括沖激響應(yīng)寬度(irw)、積分旁瓣比(islr)，峰值旁瓣比(pslr)。其中pslrl定義為主瓣與左邊的最高旁瓣的高度比，pslrr定義為主瓣與右邊的最高旁瓣的高度比。從表3可以看到，所有目標(biāo)的方位向irw展寬均小于2％，而距離向irw展寬均為零，這說明本發(fā)明的成像結(jié)果很好，也說明本發(fā)明準(zhǔn)確的估計(jì)出了目標(biāo)的多普勒模糊數(shù)和多普勒調(diào)頻率。表4給出了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)的仿真結(jié)果，可以看到，本發(fā)明的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)精度較高，估計(jì)誤差的絕對(duì)值均小于0.4m/s。當(dāng)前第1頁12