[发明专利]基于STFT和FRFT的运动目标雷达三维成像方法

说明书

本发明公开了一种基于STFT和FRFT的运动目标雷达三维成像方法，主要解决现有技术三维成像精度低的问题。其实现方案是：1)模拟ISAR回波信号，对原始回波信号进行短时傅里叶变换；2)通过在时频平面检测到的直线，得到频率和调频率的粗估计值；3)根据粗估计值选择精估计的分析范围，对原始回波信号在精估计区间进行精细化分数阶傅里叶变换，得到信号频率和调频率精估计；4)采用CLEAN技术，估计所有信号的频率及调频率精估计值；5)利用高阶相位参数估计得到的频率和调频率进行目标的三维坐标的重构，得到运动目标的三维成像。本发明在有效地降低运算复杂度的同时，提高了参数估计的精度，可用于对运动目标识别。

技术领域

本发明属于数字信号处理技术领域，特别涉及一种运动目标雷达三维成像方方法，可 用于对运动目标识别时，雷达ISAR对其三维成像。

背景技术

逆合成孔径雷达ISAR是一种全天候、全天时的远程探测手段，具有对运动目标进行 成像的能力，被广泛应用于目标跟踪、目标识别、机场监视等场合。相比于传统体制雷达， ISAR的高距离维分辨率源自其发射的宽带信号，而高方位维分辨率则依赖于雷达与目标 间相对运动产生的多普勒效应。

Ozaktas等人在“Ozaktas H M,et al.Digital computation of the fractionalFourier transform[J].IEEE Trans on SP,1996,44(9):2141-2150.”中提出分数阶傅里叶变换的 分解型算法，其利用傅里叶变换来计算分数阶傅里叶变换，计算复杂度为O(NlogN)。当 原始信号已经旋转到了合适的分数阶域之后，需要进行分数阶域的二维搜索，旋转角度越 小，二维搜索的计算量越大；若增加每次旋转的角度大小，会降低算法的计算量，但是同 时也会降低参数估计的精度。

贝苏章等人在“S C Pei,M H Yeh.Discrete fractional Fourier transformbasedon orthogonal projections[J].IEEE Transactions on SP,1999,47(5):1335-1347.”中 提出通过求解离散傅里叶变换矩阵的Hermite特征向量构造离散分数阶傅里叶变换的核 矩阵，计算复杂度为O(N2)。传统分数阶傅里叶变换需要对原始信号从时频域旋转到分数 阶域，每次旋转的角度越小，划分的区间越精细，估计的精度越高，但是同时也会增加计 算的复杂度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术中存在的不足，提出一种基于短时傅里叶变换STFT 和精细化分数阶傅里叶变换FRFT的ISAR三维成像方法，以在有效地降低运算复杂度的同 时，提高参数估计的精度。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)模拟ISAR回波信号，得到原始回波信号s(t)；

(2)选择窗函数w(t)，对原始回波信号s(t)进行短时傅里叶变换，得到短时傅里叶变 换函数STFT(t,f)；

(3)在时频平面对短时傅里叶变换函数STFT(t,f)进行直线检测，通过在时频平面检测 到的直线，对回波信号进行粗估计，得到频率和调频率的粗估计值f₁和k₁；

(4)根据频率和调频率的粗估计值选择频率和调频率精估计区间；

(5)基于分数阶傅里叶变换进行参数的精估计：

(5a)在精估计区间对原始回波信号进行精细化分数阶傅里叶变换FRFT，得到分数阶 傅里叶变换函数X(u,p)，u为分数阶傅里叶域的坐标，p为变换阶次；