本發(fā)明屬于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，具體涉及一種無需參數(shù)搜索的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦方法。

背景技術(shù)：

1、合成孔徑雷達(dá)(sar)以其全天候觀測(cè)能力，在地形測(cè)繪、海上監(jiān)視、環(huán)境與災(zāi)害監(jiān)測(cè)以及戰(zhàn)場(chǎng)偵察等各個(gè)領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)探測(cè)作為雷達(dá)探測(cè)任務(wù)的核心之一，在戰(zhàn)場(chǎng)態(tài)勢(shì)感知和交通管控中都起著十分重要的作用。因此獲得動(dòng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)實(shí)時(shí)的運(yùn)動(dòng)信息的能力在軍事和民用應(yīng)用中都很重要。

2、在雷達(dá)下視探測(cè)任務(wù)中，雷達(dá)接收到弱小運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)與背景雜波疊加后的回波信號(hào)，由于平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的原因，背景雜波的多普勒頻譜明顯變寬，對(duì)接收的數(shù)據(jù)變換到距離-多普勒域后，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)將與雜波重疊，使得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)無法直接被探測(cè)到。

3、雖然采用抑制背景雜波的方法，可以在抑制雜波的同時(shí)保留運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的信息，提高信噪比，使運(yùn)動(dòng)目標(biāo)更容易被檢測(cè)到，但是sar雷達(dá)成像為了獲得更高的二維分辨率能力需要較長(zhǎng)的合成孔徑時(shí)間，在這段時(shí)間中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)與平臺(tái)之間復(fù)雜的相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)導(dǎo)致距離徙動(dòng)和多普勒頻譜擴(kuò)散。除此之外，在固定場(chǎng)景參數(shù)下成像時(shí)，由于補(bǔ)償功能的不匹配，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)不可避免地會(huì)出現(xiàn)散焦，這會(huì)導(dǎo)致運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的峰值能量嚴(yán)重下降，不利于對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)。

4、針對(duì)動(dòng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的能量聚焦問題，必須進(jìn)行距離徙動(dòng)(rcm)校正。大多數(shù)校正方法通常會(huì)使用信號(hào)包絡(luò)自相關(guān)特性和最小熵準(zhǔn)則，這些方法僅在高信噪比條件下表現(xiàn)良好，在實(shí)踐中難以應(yīng)用。

5、在低信噪比條件下可以使用keystone?transform(kt)方法在低信噪比條件下實(shí)現(xiàn)一階距離徙動(dòng)校正，但無法校正高階運(yùn)動(dòng)。針對(duì)這個(gè)問題雖然還可以使用二階keystone變換方法對(duì)二階運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行校正，但是當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)發(fā)生多普勒中心模糊或多普勒頻譜分裂時(shí)，這兩種方法都需要進(jìn)行模糊搜索操作，導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度大幅度增加，并且這些方法不能校正由高階運(yùn)動(dòng)引起的距離徙動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生不利于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦的殘余距離徙動(dòng)。

6、在對(duì)距離徙動(dòng)進(jìn)行適當(dāng)?shù)男Ｕ?，為了?zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦，需要對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)。運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)方法主要分為線性時(shí)頻變換方法和非線性時(shí)頻變換方法兩大類。

7、線性時(shí)頻變換方法主要有最大似然變換(ml)、分?jǐn)?shù)階傅立葉變換(frft)和離散傅立葉變換(dcft)等方法，但這些方法都需要全維搜索，計(jì)算復(fù)雜度高。

8、非線性時(shí)頻變換方法主要有高階模糊函數(shù)(haf)，離散多項(xiàng)式相位變換(dpt)，wigner-ville分布(wvd)和縮放傅立葉變換(scft)方法。這些方法會(huì)遇到多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)的交叉項(xiàng)，從而影響多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)場(chǎng)景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)。信噪比較低的情況下，這些方法都難以無法獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)。

9、由上可知在實(shí)際應(yīng)用中，獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的準(zhǔn)確參數(shù)是有一定難度的，而且這些獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)的方法容易產(chǎn)生較大的誤差，這會(huì)導(dǎo)致依賴參數(shù)估計(jì)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)聚焦方法性能下降。因此，也有一些方法是無需知道運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)聚焦的。這些方法有二維頻域匹配濾波器算法；去斜楔石變換(derampkt，dkt)算法；時(shí)間反轉(zhuǎn)變換(timereversal?transform,trt)。

10、二維頻域匹配濾波器算法是在二維頻域構(gòu)造特定的匹配濾波器，在不估計(jì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的情況下實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦。由于這種固定相位法在運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)間帶寬積(tbp)較小時(shí)誤差較大，因此該方法僅適用于tbp較大的信號(hào)。如果濾波函數(shù)中存在顯著誤差，還會(huì)保留大量殘余rcm，不利于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦。derampkt算法利用靜止場(chǎng)景信息在距離-頻率域中構(gòu)造方位deramp函數(shù)，以補(bǔ)償距離曲率和多普勒調(diào)頻，并且使用kt算法校正rcm，然后在方位角頻域?qū)\(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行聚焦。上述兩種方法因?yàn)楹雎粤诉\(yùn)動(dòng)目標(biāo)方位向運(yùn)動(dòng)，所以這兩種方法都不能補(bǔ)償復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起的高階相位效應(yīng)，不可避免地會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)散焦的情況。針對(duì)上述兩個(gè)算法的問題，trt方法則是直接在時(shí)間反轉(zhuǎn)的慢時(shí)域構(gòu)造補(bǔ)償函數(shù)，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的二階多普勒相位進(jìn)行補(bǔ)償。雖然在trt方法中考慮了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方位向速度，但當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)有加速度等高階運(yùn)動(dòng)量時(shí)，仍然會(huì)發(fā)生多普勒頻移。并且由于derampkt算法和trt方法都利用kt進(jìn)行預(yù)處理來校正運(yùn)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)，當(dāng)平臺(tái)存在運(yùn)動(dòng)誤差或運(yùn)動(dòng)目標(biāo)存在高階運(yùn)動(dòng)時(shí)，距離包絡(luò)的擴(kuò)散在高分辨率雷達(dá)中會(huì)更加明顯，使得距離徙動(dòng)無法得到有效的校正。

11、現(xiàn)有技術(shù)對(duì)于距離徙動(dòng)校正，僅在高信噪比條件下表現(xiàn)良好，低信噪比下會(huì)失效，雖然有些方法如keystone?transform(kt)方法可以完成低信噪比條件下的校正，但也只能處理一階距離徙動(dòng)校正，對(duì)于高階運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的距離徙動(dòng)無法進(jìn)行校正。而針對(duì)高階的距離徙動(dòng)校正的算法都需要進(jìn)行模糊搜索操作，會(huì)導(dǎo)致計(jì)算復(fù)雜度顯著增加，并且這些方法不能校正由高階運(yùn)動(dòng)引起的距離徙動(dòng)，還會(huì)產(chǎn)生不利于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)聚焦的距離徙動(dòng)殘差。

12、距離徙動(dòng)校正后為了完成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦還需要對(duì)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)?，F(xiàn)有技術(shù)對(duì)于動(dòng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)有的算法如線性時(shí)頻變換方法需要全維搜索，計(jì)算復(fù)雜度高。非線性時(shí)頻變換方法會(huì)遇到多項(xiàng)式運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)的交叉項(xiàng)，無法處理多運(yùn)動(dòng)目標(biāo)場(chǎng)景下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)，并且兩者在信噪比較低的情況下都難以無法獲得運(yùn)動(dòng)目標(biāo)參數(shù)。

13、也有無需參數(shù)估計(jì)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦方法，如二維頻域匹配濾波器算法，derampkt算法，trt算法。二維頻域匹配濾波器算法僅適用于tbp較大的信號(hào)，并且還需要濾波函數(shù)十分準(zhǔn)確，不然就會(huì)產(chǎn)生大量殘余rcm。derampkt算法不能補(bǔ)償運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)引起的高階相位效應(yīng)不可避免地會(huì)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)散焦。使用trt方法處理時(shí)當(dāng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)有加速度等高階運(yùn)動(dòng)量時(shí)會(huì)發(fā)生多普勒頻移，無法實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、為了解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述問題，本發(fā)明提供了一種無需參數(shù)搜索的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦方法。本發(fā)明要解決的技術(shù)問題通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)：

2、本發(fā)明提供了一種無需參數(shù)搜索的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦方法包括：

3、s100，通過雷達(dá)平臺(tái)接收運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)，并對(duì)所述回波信號(hào)進(jìn)行距離向脈沖壓縮得到脈沖壓縮后的信號(hào)；

4、s200，將所述脈沖壓縮后的信號(hào)轉(zhuǎn)換到距離維頻率域，得到距離-頻率域下的距離壓縮信號(hào)；

5、s300，根據(jù)所述距離壓縮信號(hào)構(gòu)造距離頻率差分函數(shù)；

6、s400，根據(jù)所述距離頻率差分函數(shù)和所述距離-頻率域下的距離壓縮信號(hào)，得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)校正后的信號(hào)；

7、s500，對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)校正后的信號(hào)在距離向作傅里葉逆變換，再在方位向作傅里葉變換得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的重聚焦圖像數(shù)據(jù)。

8、有益效果：

9、1、本發(fā)明的提出的無需參數(shù)搜索的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦方法，根據(jù)雷達(dá)接收的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波數(shù)據(jù)在距離頻率域構(gòu)造一個(gè)無需參數(shù)估計(jì)的距離頻率差分函數(shù)，通過回波數(shù)據(jù)通過與距離頻率差分函數(shù)的共軛相乘，可以消除運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距離頻率與慢時(shí)之間的耦合，達(dá)到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)能量重聚焦的目的。由于距離頻差參考函數(shù)完全來源于實(shí)際回波，無需額外的參數(shù)，因此可以很好地解決高階相位耦合引起的復(fù)雜距離包絡(luò)徙動(dòng)和多普勒離焦問題。

10、2、與傳統(tǒng)的基于kt的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)聚焦方法不同，本發(fā)明提出的無需參數(shù)搜索的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦方法在即使在有平臺(tái)運(yùn)動(dòng)誤差、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)多普勒中心模糊和多普勒頻譜分裂的情況下，也可以直接實(shí)現(xiàn)了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距離徙動(dòng)的穩(wěn)健校正

11、3、與傳統(tǒng)方法相比，本發(fā)明的無需參數(shù)搜索的地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦方法無需參數(shù)估計(jì)和搜索處理即可實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)重聚焦，計(jì)算效率高。

12、以下將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。