[发明专利]高效的星载SAR的地面运动目标成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）成像方法，具体地说是一种高效的星载SAR的地面运动目标成像方法，用于星载SAR对地面运动目标成像。

背景技术

星载合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）是一种全天时、全天候、多功能的微波遥感成像设备，在民用和军事领域内都得到了广泛应用。其中，星载SAR地面运动目标检测（Ground Moving Target Indication,GMTI）和地面运动目标成像（Ground Moving Target Imaging,GMTIm）因其在交通监控和战场侦察中的重要作用而成为一个研究热点。

对于星载SAR-GMTI系统，较宽的工作带宽和较长的相干积累时间使其能够对观测区域进行高分辨的成像。然而，由于相干积累时间较长，对目标的成像需要精确的补偿目标的距离单元徙动和目标回波信号相位弯曲。而运动目标由于存在速度，其距离徙动和信号相位历程与静止目标不同。因此，如果直接采用传统的SAR静止目标成像方法对地面运动目标进行成像，由于距离单元徙动和信号相位弯曲补偿不准确，会出现散焦现象。目标的散焦一方面会导致成像后的目标的图像变得模糊，一方面会使目标的信杂噪比下降，这些都将影响系统对运动目标的识别和分类。因此，有必要研究和开发星载SAR的地面运动目标的精确成像方法。

在过去的近40年里，为实现对地面运动目标的精确成像，各国学者提出了许多方法。Barbarossa等人通过先从数据中估计出目标的运动参数，然后补偿由于目标运动引起的距离走动和距离弯曲来实现对目标的成像。Perry等人提出了一系列基于keystone变换的SAR地面运动目标成像方法。通过使用keystone变换，可以很好的补偿由目标距离向速度带来的距离走动。然而，这些方法的计算量均非常大，在工程上很难实时实现。

朱圣棋等人提出了一种在二维频域通过对目标信号进行匹配滤波来实现成像的方法。与传统方法不同，该方法在二维频域实现距离徙动校正，计算效率较高。但是，这个方法需要知道目标的位置参数，而现实中目标的位置参数往往是未知的。因此，这个方法在实际中的适用范围非常有限。此外，这个方法无法同时对多个目标成像。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的在于提出了一种高效的星载SAR的地面运动目标成像方法，该方法无需插值，计算效率高；且不需要知道目标的运动参数和位置参数，并能同时对多个目标成像。

本发明的思路是：1）将目标原始回波信号变换到二维频域；2）在二维频域构造距离匹配滤波器，通过距离向匹配滤波实现距离压缩和距离徙动校正；3）对距离匹配滤波后的信号进行距离向逆傅里叶变换，将信号变换到距离多普勒域；4）在距离多普勒域构造方位匹配滤波器，通过方位向匹配滤波实现方位压缩；5）对方位匹配滤波后的信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对地面运动目标的成像。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种高效的星载SAR的地面运动目标成像方法，其特征在于，包括以下具体步骤：

步骤1，对星载SAR接收到的地面运动目标原始回波信号依次进行距离向傅里叶变换和方位向傅里叶变换，得到二维频域的目标信号；

步骤2，在二维频域构造距离匹配滤波器，对变换到二维频域的目标信号进行距离向匹配滤波，实现距离压缩和距离徙动校正，得到距离徙动校正后的目标信号；

步骤3，对距离徙动校正后的目标信号进行距离向逆傅里叶变换，将距离徙动校正后的目标信号变换到距离多普勒域，得到距离多普勒域的目标信号；

步骤4，在距离多普勒域构造方位匹配滤波器，对变换到距离多普勒域的目标信号进行方位向匹配滤波，实现方位压缩，得到方位匹配滤波后的目标信号；

步骤5，对方位匹配滤波后的目标信号进行方位向逆傅里叶变换，得到聚焦后的SAR图像域目标信号，完成对地面运动目标的成像。

上述技术方案的特点和进一步改进在于：

（1）步骤2的具体子步骤为：

2a）根据目标二维频域回波信号S(f_a,f_r)的表达式