[发明专利]临近空间慢速平台SAR动目标检测方法及成像方法

摘要

本发明公开了一种临近空间慢速平台SAR动目标检测方法及成像方法。本发明的检测方法利用临近空间慢速平台SAR平台速度慢、地面静止杂波多普勒展宽较窄的特点，在多普勒域设计出多普勒滤波器实现了运动目标与静止杂波的分离，解决了SAR在动目标成像中动静杂波分离难的问题；本发明的成像方法在动静杂波分离并完成动目标检测后，提取出动目标回波，将一阶keystone变换与变分辨多普勒调频率估计方法相结合，在动目标速度未知的情况下完成距离徙动校正，解决了动目标回波距离徙动校正难的问题。本发明的方法不仅能够对快速运动目标进行检测和成像，还适用于慢速运动目标的检测与成像。

主权项

1.一种临近空间慢速平台SAR动目标检测方法，其特征在于，具体包括如下步骤：步骤一：成像系统参数初始化,NSS-SAR的平台初始位置坐标记为(x_R,y_R,h_R)，其中,x_R、y_R和h_R分别为平台的x轴、y轴和z轴坐标；零时刻波束中心指向场景坐标系原点处，平台速度记为V；假设动目标P_m初始位置为坐标系原点，其速度矢量为v_p，在距离向和方位向上的分量分别为v_px、v_py；动目标P_m到平台的距离历史为：R(t)=hR2+[(V-vpy)t]2+(xR+vpxt)2]]>≈R0+[(V-vpy)2+vpx2]t22R0+xRvpxtR0]]>其中，R₀为平台到目标P_m的初始最小斜距，t为方位向慢时间变量,对于地面任一静止目标P(x,y)，所述的距离历史表达式中的v_px=v_py=0；步骤二：获取NSS-SAR回波表达式，设NSS-SAR发射信号为脉冲线性调频信号：s(τ)=rect[τTp]exp{j2πf0τ+jπKrτ2}]]>其中，f₀为载频，T_p为脉冲宽度，τ为距离向快时间变量，K_r为发射信号的时间调频斜率，rect[·]代表距离时间窗；动目标P_m的回波信号经解调至基带后，可表示为方位向慢时间变量t和距离向快时间变量τ的表达式，记为S(t,τ)：S(t,τ)=σps[τ-2R(t)c]ω[tTs]exp[-j4πλR(t)],]]>其中，σ_p为动目标P_m的后向散射系数，c为光速，ω[·]为方位时间窗，λ为载波波长，T_s为合成孔径时间；设静止成像场景为Ω_s，场景回波信号经解调至基带后，可表示为：Ss(t,τ)∫∫Ωsσ(x,y)rect[τ-τd(t;x,y)Tp]ω[t-td(y)Ts]]]>×exp{jπKr[τ-2R(t;x,y)c]2}]]>×exp{-j4πR(t;x,y)λ}dxdy]]>其中，σ(x,y)为成像场景中任意点目标P(x,y)的后向散射系数，τ_d(t;x,y)为此点目标的距离时延迟，t_d(y)为此点目标的方位时延，R(t;x,y)为SAR平台到任意点目标P(x,y)的距离历史，其表达式为R(t;x,y)=hR2+[(V-vpy)t-y]2+(xR+vpxt-x)2]]>其中，x、y分别为成像场景Ω_s中任意点目标P(x,y)的x坐标和y坐标。步骤三：计算动目标P_m回波的多普勒参数，由动目标P_m回波S(t,τ)表达式，可得动目标P_m回波多普勒相位为对方位时间变量t求导可以得到方位多普勒频率：fd=12πd(-j4πλR(t))dt=-2λdR(t)dt]]>=-2λ{xRvpxR0+tR0[(V-vpy)2+vpx2]}]]>对于静止目标，v_px=v_py=0，多普勒调频率为对于动目标P_m，多普勒质心为fdcm=-2xRvpxλR0]]>多普勒调频率为fdrm=-2[(V-vpy)2+vpx2]λR0,]]>则可得静止杂波多普勒带宽为：其中，R_min表示临近空间SAR平台到成像场景区域的最近斜距；步骤四：设计多普勒滤波器，提取出动目标回波。设计多普勒滤波器，其阻带为-B_amax/2～B_amax/2，即：Ffilter(ft)=1;ft>Bamax/2andft<-Bamax/20;-Bamax/2<ft<Bamax/2]]>将NSS-SAR回波在距离多普勒频域通过滤波器后，抑制掉静止杂波，提取出动目标回波，经过方位向傅里叶反变换，即可得到动目标时域回波S(t,τ)。