[发明专利]基于空时分析的逆合成孔径雷达的目标转速估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，更具体地，本发明涉及一种基于空时分析的逆 合成孔径雷达的目标转速估计和图像定标方法。

背景技术

逆合成孔径雷达(ISAR)是一种微波成像技术，可以提供非合作运动目标 (例如飞机、舰船)的二维甚至三维图像，从而增强后续对目标的识别能力。 ISAR通过发射宽带信号提供沿雷达视线方向(距离向)的高分辨能力，通过相 干积累目标在不同观测视角下的回波来获得跨距离向分辨能力。当所成图像积 累的目标视角变化较小时，采用高效的FFT处理可以获得目标在距离-多普勒 (RD)域的图像。

由于ISAR通常针对非合作目标成像，因此，目标等效转动的估计(即雷 达和目标之间相对视角的变化)非常重要，这是因为存在下述两个方面的需求： 首先，ISAR图像定标的需要；虽然ISAR所成图像的距离向分辨率取决于雷达 发射信号的带宽(其通常是一个已知量)，但图像的横向分辨率取决于相干积 累时间内相对视角的变化量，其对于非合作目标成像而言通常是未知的。只有 对该视角变化量进行准确的估计，才能够对ISAR图像进行横向定标，得到距 离-跨距离域的图像，促进后续目标识别。其次，高分辨率ISAR成像的需要。 当ISAR分辨率较高，所积累的视角变化较大时，可能出现跨分辨单元徙动 (MTRC)问题，引起图像散焦问题，因此需要根据目标的转动信息进行转动补 偿，提高成像质量。

现有的ISAR转动估计的典型方法主要有轨迹拟合法、图像质量法和基于 高阶相位项分析的方法和基于图像序列分析的方法。轨迹拟合法通过窄带雷达 提供的目标跟踪数据，计算运动目标相对雷达的视角变化，估计精度通常较低。 图像质量法采用图像评价函数来优化未知的转角参数，当该图像评价函数获得 极值时(此时图像的聚焦效果最好)，获得相应的转角估计，由于此类方法需 要在解空间内进行反复搜索，每一次搜索都需要复杂的成像处理，例如极坐标 格式成像、卷积逆投影成像，计算量较大。

典型的基于高阶相位项的方法是特显点处理(PPP)的方法，该方法将目 标上的回波信号近似为线性调频信号(LFM)，通过估计LFM的起始频率和调频 率，并结合三个散射点所在的距离向位置信息，从而完成平动补偿、转动补偿 和转角估计，该类方法的主要问题是在实际情况中难以找到稳定可靠的高质量 孤立散射点。对于缺乏特显点的目标，可以引入时频分析(TFA)的方法提取 高阶相位项，但TFA类方法对目标回波信号的分析都是针对距离单元内的回波 进行的，而散射点回波驻留在同一距离单元内的时间有限(特别是对于高分辨 雷达)。因而，信号的高阶相位系数通常很小，参数提取困难，参数提取的计 算量较大，精度较低，同时，其计算量也较大。

此外，目前一些基于图像序列中特征提取的目标转速估计方法存在目标散 射特征提取困难的问题，而基于图像序列旋转相关的方法主要适用于大视角变 化量的场合，都有它们的局限性。

发明内容

为克服现有的ISAR图像横向定标方法精度差、实现困难的问题，本发明 提出一种基于空时分析的逆合成孔径雷达的目标转速估计方法。

在一个方面，本发明提出一种逆合成孔径雷达的目标转速估计方法，包括：

步骤10)、根据接收到的回波数据，补偿目标相对于雷达的平动分量；

步骤20)、根据在波数域空间构造的基函数所表示的回波数据，对目标散 射中心进行空时分析；

步骤30)、根据所述空时分析提取的散射中心空间位置和空间位置变化率 信息，拟合目标转速；

步骤40)、根据所拟合的目标转速，对逆合成孔径雷达距离-多普勒图像进 行定标或进行极坐标格式成像。

其中，步骤10)中，对于接收到的回波数据，选择目标的平稳运动段的数 据，通过平动补偿来去除目标相对雷达的平动分量，所述平动补偿包括回波包 络对齐和平动初相校正。

步骤20)还包括：首先将目标回波变换到距离多普勒域中，对散射 中心的距离r_p和频率ω_p进行初步估计。

其中，步骤20)中，在波数域空间构造基函数，将平动补偿后的回波 数据变换到波数域空间并用所述基函数表示，使用基函数表示的所述回波 数据对目标散射中心进行空时分析，提取散射中心的距离向位置、多普勒 频率、空间位置随时间的变化率信息。