[发明专利]针对任意地面运动目标的SAR成像方法

说明书

本发明公开了一种针对任意运动目标的SAR成像方法，主要解决现有技术的距离徙动导致运动目标散焦问题，其中包括：1)构建正侧视雷达回波信号模型；2)对目标回波信号进行距离向脉冲压缩后，将其变换到距离频率域；3)从脉冲压缩信号的距离频率域表达式中构造参考函数；4)对参考函数取复共轭后与慢速目标脉冲压缩信号的距离频域表达式进行相乘，再将其结果在方位向进行傅立叶变换，得到距离和方位二维频率域；5)对二维频率域进行距离向逆傅立叶变换，得到目标信号幅度谱。本发明与传统的方法相比，无需对目标进行参数估计，仅利用快速傅立叶变换就实现良好的成像效果而无需插值操作，可用于任意未知运动目标的跟踪识别。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种运动目标的SAR成像方法，主要适用于实际工程应用中任意未知运动目标的跟踪识别。

背景技术

近年来，合成孔径雷达地面运动目标检测SAR-GMTI，在运动目标成像和运动目标跟踪探测等领域引起了广泛的关注。运动目标检测、参数估计和成像是GMTI的三大关键步骤。在实际应用中，慢速或者快速运动目标被淹没在强杂波中，有效的方法是采用相位中心偏置DPCA或者采用空时自适应处理STAP方法提取来自静态背景中的目标回波信号。

对于SAR-GMTI系统，在运动目标进行长时间的相干积累时，目标的运动会导致回波包络在距离向上跨越多个距离单元，即距离走动和距离弯曲。目标的径向速度会引起目标回波包络出现距离走动，方位向速度和距离向加速度则引起距离弯曲。目标的距离徙动量，尤其是快速运动目标和静止场景存在很大的差异。因此，采用传统的SAR静止场景成像算法对运动目标进行成像时，必然导致运动目标出现散焦现象。为了对运动目标进行精确成像，现有的一些方法是先对目标进行参数估计，用估计得的参数来补偿由于目标运动引起的距离走动和距离弯曲。但在实际情况中，由于慢速目标或者快速目标与强地杂波之间的对比度较低，目标的运动参数往往很难得到精确估计，从而导致距离徙动也难以得到很好校正。在多普勒锐化DBS图中采用多普勒后处理的降维STAP方法进行GMTI处理时在一定程度上可以减轻距离徙动的影响。但是，有效的相干处理脉冲串由于受到非聚焦SAR处理的条件限制，并不能在实际应用中得到很好的应用。对于天基雷达系统SBR，卫星和地面运动目标的长远距离会导致目标的信噪比相对较低。为了能更好的检测地面运动目标，需要在整个合成孔径时间内累积有效目标信息。部分学者分析了长相干积累时间的SAR运动目标成像理论，并提出了一种基于Keystone变换的SAR目标成像算法，该方法可以有效去除由目标径向速度引起的距离走动。但是，由距离向加速度和方位向速度引起的距离弯曲却无法通过Keystone变换进行校正。

众所周知，高分辨率目标图像需要对目标和平台之间的相对运动进行精确估计和补偿。传统SAR成像算法中参数估计准确度直接影响目标成像。此外，模糊成像也会导致目标运动参数估计的不准确，尤其是对于快速运动目标其估计的运动参数准确度更低。另外，在方位方向上的数字采样，也会导致参数估计出现模糊问题。综上，在目标信号参数未知情况下，采用现有的SAR成像算法对任意未知运动目标进行成像时，必然导致目标出现散焦现象。

发明内容

本发明的目的是在于克服上述现有技术的不足，提出一种针对任意地面运动目标的SAR成像方法，以减小目标出现散焦现象，实现在目标运动参数未知的情况下的精确成像。

本发明的技术思路是：通过构建正侧视雷达回波信号模型，在距离频率域构造参考函数；通过对方位时间域的变换，有效地在二维频率域进行解耦合，完成精确成像，其实现步骤包括如下：

(1)构建正侧视雷达回波信号模型，获取运动目标回波信号；

(2)对多普勒频率小于PRF/2的慢速运动目标进行成像，其中PRF为雷达脉冲重复率：