專利名稱：基于vsar系統(tǒng)的動目標(biāo)重定位與速度解模糊方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信號處理技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及雜波背景下動目標(biāo)檢測定位與參數(shù)估計(jì)問題，尤其涉及機(jī)載雷達(dá)在強(qiáng)地雜波干擾環(huán)境中檢測地面運(yùn)動目標(biāo)這一方向。具體是ー種基于VSAR系統(tǒng)的動目標(biāo)重定位與速度解模糊方法。本發(fā)明主要用于實(shí)現(xiàn)機(jī)載雷達(dá)動目標(biāo)檢測問題，能夠有效地提高目標(biāo)檢測概率和定位精度，實(shí)現(xiàn)快速目標(biāo)速度解模糊處理，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的正確定位。
背景技術(shù)：
高速運(yùn)動平臺SAR-GMTI技術(shù)在軍事和民用上具有重要的使用價值和廣闊的應(yīng)用前景，是世界各國雷達(dá)技術(shù)研究的熱門領(lǐng)域。相比單通道SAR-GMTI系統(tǒng)而言，多通道 SAR-GMTI系統(tǒng)可以有效地抑制雜波，實(shí)現(xiàn)低信噪比下慢速運(yùn)動目標(biāo)檢測。目前，基于多通道SAR-GMTI系統(tǒng)的信號處理方法，如相位中心偏置天線(DPCA :Displaced Phased Center Antenna)、沿航跡干涉(ATI =Along track Interf erometry)、空時自適應(yīng)處理(STAP Space-Time Adaptive !Processing)、線性速度SAR處理(VSAR)等方法，具有良好的雜波抑制和微弱慢速運(yùn)動目標(biāo)檢測能力，在戰(zhàn)爭中發(fā)揮了重要作用，在各地掀起了有關(guān)方面的研究熱潮，有力地推動了 SAR-GMTI技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用。VSAR系統(tǒng)通常采用沿航跡向的均勻線陣，對每個陣元分別進(jìn)行SAR成像處理，對多幅SAR圖像的對應(yīng)像素矢量進(jìn)行FFT變換，得到多幅變換域圖像，這些圖像分別對應(yīng)雜波和不同速度的動目標(biāo)，系統(tǒng)的檢測性能主要受FFT分辨カ限制。針對基于VSAR系統(tǒng)的動目標(biāo)檢測問題，目前已有的方法主要有1. B. Friedlander 禾ロ B. Porat 發(fā)表于 1997 年 IEEE Proc. Inst. Electr. Eng. Radar, Sonar Navigate上的《VSAR :a high resolution radar system for detection oi moving targets》，提出利用FFT變換實(shí)現(xiàn)動目標(biāo)檢測，速度估計(jì)性能差。2.邵娟等發(fā)表于2000年北京理工大學(xué)學(xué)報(bào)上的《伯格譜估計(jì)方法在VSAR中的應(yīng)用》，針對VSAR中速度估計(jì)精度較低等問題，采用伯格法對相位信息進(jìn)行處理提取速度信息，但伯格法的代價是犧牲陣列的有效孔徑，可能會出現(xiàn)虛假譜峰，估計(jì)精度不高。3.許稼等發(fā)表于 2008 年 IEEE TRANSACTIONS ON GE0SCIENCE AND REMOTESENSING 上的《Parametric Velocity Synthetic Aperture Radar :Signal Modeling and Optima丄 Methods))中，采用最大似然法(ML =Maximum likelihood)有效提高了速度估計(jì)精度，但最大化似然函數(shù)所需運(yùn)算量巨大。4.左渝等發(fā)表于2009年雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)上的《基于混合積累的VSAR地面運(yùn)動目標(biāo)檢測和定位》，提出了基于距離-多普勒-速度域混合積累的VSAR處理方法。5.趙軍等發(fā)表于2010年雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)上的《ー種VSAR地面目標(biāo)估計(jì)和定位新方法》，提出基于改進(jìn)Radon變換的目標(biāo)徑向速度估計(jì)新方法實(shí)現(xiàn)多普勒解模糊和方位定位，如何確定隱身的閾值或指標(biāo)仍亟待解決。目前尚無ー種基于VSAR系統(tǒng)的能夠有效改善目標(biāo)速度估計(jì)精度和定位精度，同時能夠?qū)崿F(xiàn)快速運(yùn)動目標(biāo)的解模糊處理，提高解模糊的正確概率并且減少計(jì)算量的動目標(biāo)重定位與速度解模糊方法。本發(fā)明項(xiàng)目組對國內(nèi)外專利文獻(xiàn)和公開發(fā)表的期刊論文檢索，再尚未發(fā)現(xiàn)與本發(fā)明密切相關(guān)和ー樣的報(bào)道或文獻(xiàn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提出了一種通過子空間擬合法和多視差頻法的級聯(lián)處理實(shí)現(xiàn)速度解模糊和正確定位，提高了測速精度和定位精度的基于VSAR 系統(tǒng)的動目標(biāo)重定位與速度解模糊方法。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明針對雷達(dá)探測地面運(yùn)動目標(biāo)的過程中對快速目標(biāo)速度模糊進(jìn)行解模糊處理，對慢速目標(biāo)需要提高微弱慢速目標(biāo)的檢測能力，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的重新定位， 基于VSAR系統(tǒng)的動目標(biāo)重定位與速度解模糊的實(shí)現(xiàn)過程包括如下步驟步驟1 將均勻線陣的M個陣元接收數(shù)據(jù)分別進(jìn)行距離脈壓、距離徙動校正和方位聚焦，得到ニ維聚焦的SAR圖像，動目標(biāo)信號表示為
權(quán)利要求
1. 一種基于VSAR系統(tǒng)的動目標(biāo)重定位與速度解模糊方法，其特征在于雷達(dá)探測地面運(yùn)動目標(biāo)的過程中對快速目標(biāo)速度模糊進(jìn)行解模糊處理，對慢速目標(biāo)需要提高微弱慢速目標(biāo)的檢測能力，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的重新定位，包括如下步驟步驟1 將均勻線陣的M個陣元接收數(shù)據(jù)分別進(jìn)行距離脈壓、距離徙動校正和方位聚焦，得到ニ維聚焦的SAR圖像，動目標(biāo)信號表示為P (f Λs(m,t,tj = AmWa(tJWr(t)cxp(-j2n^j^) , W = 0’l,--A/-1其中，Am為幅度，Wa (tm)為方位聚焦包絡(luò)，WJt)為距離壓縮包絡(luò)，Rnil (tm)為目標(biāo)到陣元 0和陣元m的斜距之和，λ為波長，tm為慢時間，t為快時間，c為光速；步驟2 根據(jù)動目標(biāo)信號相位信息，在慢時間tm域，補(bǔ)償由載機(jī)運(yùn)動引起的多普勒得到目標(biāo)的多普勒頻率為:/(へ,)=子腳で)ル·’其中，Va為目標(biāo)沿航向速度(與載機(jī)運(yùn)動方向一致為正)，\為目標(biāo)垂直于航向速度 (沿徑向，遠(yuǎn)離航跡為正)，、為目標(biāo)方位位置，R0為目標(biāo)到載機(jī)航線的最短斜距，Vs為載機(jī)速度，d為陣元間距；目標(biāo)的方位偏移近似表示為△ = -一”，經(jīng)圖像配準(zhǔn)、雜波抑制和單ノJ5元平均恒虛警檢測處理，目標(biāo)在圖像里的檢測位置為Χ(1+Δ ；步驟3 補(bǔ)償由陣元引起的相位和目標(biāo)檢測位置Χ(ι+Δ引起的相位，VSAR系統(tǒng)的動目標(biāo)信號模型表示為メ一 exp(-ゾ^")；定義歸ー化速度頻率·/: = -T^-，則s(m) = σ eJ$exp(j2 π fvm)，若fv已知，則方位偏移Δ = -由fv計(jì)算得到；步驟4 采用子空間擬合法，要求速度頻率滿足如下的擬合關(guān)系 fv=mmtv{U^a(fr)aH(fv)UN}通過多維譜峰搜索，極大值點(diǎn)所對應(yīng)的值就是所求的速度頻率； 其中，Un為噪聲子空間，a(fv) = [1, exp(j2Jifv), exp(j2Ji · 2fv)，…，exp (j2 π (M_l) fv) ]T 為陣列流型; 步驟5 檢測快速運(yùn)動目標(biāo)時，提取目標(biāo)所在的速度通道，采用多視差頻法進(jìn)行解模糊處理，將距離脈壓后的時域信號變換至距離頻率域，距離頻域內(nèi)動目標(biāo)信號模型表示為Src(Um) = Aa{tJWr{fr)^V{-j2n{fc+fr)^^-}，其中，Wメ ·)是距離頻率域包絡(luò)，fr是距離頻率，fc是載頻中心； 步驟6 沿距離向在距離頻率域抽取子視Ii^1 (t，tm)和子視2s 2 (t，tm)，并變換至?xí)r域，將兩視信號共軛相乗，得到差頻信號sjtjj = srcX{t,tm)src2{t,tm) = \Aa{tmf由此得到差頻信號中心頻率fteat，根據(jù)-^-Lc，計(jì)算目標(biāo)的絕對多普勒中心fd。和多普勒模糊數(shù)Mamb = r0imd(fd。-f' d。/PRF)，式中f' d。是由傳統(tǒng)方法估計(jì)得到的基帶多普勒中心；步驟7 根據(jù)絕對多普勒中心fd。的估計(jì)值來校正兩視信號的距離徙動，將校正后的信號再變換至距離頻域，重復(fù)步驟6和步驟7，通過多次迭代，得到目標(biāo)的絕對多普勒中心fd。 和多普勒模糊數(shù)Mamb的準(zhǔn)確估計(jì)值；步驟8 根據(jù)估計(jì)得到的fv和Mamb，計(jì)算無模糊的速度頻率fv m
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于VSAR系統(tǒng)的動目標(biāo)重定位與速度解模糊方法，其特征在于步驟4中所述的子空間擬合法的具體實(shí)施步驟包括 2. 1動目標(biāo)在圖像域中的像素矢量模型為X = S(fv)+N，其中，S(fv) = σ eJ$[l, exp(j2Jifv), exp(j2Ji · 2fv)，…，exp (j2 π (M_l) fv) ]T 為信號矢量，N為噪聲矢量；2. 2協(xié)方差矩陣為及=;Qf";2.3對及進(jìn)行特征分解及=UsZsU^ + UnLnUhn ’其中，Us為信號子空間特征矢量矩陣，Un為噪聲子空間特征矢量矩陣； 2.4由于噪聲和雜波的存在，隊(duì)和バれ)不能嚴(yán)格正交，即ひ>(/,)#0，實(shí)際上，進(jìn)行多維譜峰捜索，極大值點(diǎn)對應(yīng)的角度就是目標(biāo)的速度頻率，即
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于VSAR系統(tǒng)的動目標(biāo)重定位與速度解模糊方法，其特征在于步驟7中所述的一次迭代過程步驟包括
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于VSAR系統(tǒng)的動目標(biāo)重定位與速度解模糊方法，主要解決雷達(dá)探測系統(tǒng)中動目標(biāo)速度估計(jì)精度較低和快速目標(biāo)速度模糊等問題。本發(fā)明對VSAR系統(tǒng)各陣元接收數(shù)據(jù)采用距離多普勒算法成像；經(jīng)圖像配準(zhǔn)、雜波抑制和單元平均恒虛警檢測處理后，檢測動目標(biāo)并記錄其相應(yīng)位置；補(bǔ)償相位后，采用子空間擬合法估計(jì)歸一化速度頻率，有效提高速度估計(jì)精度；提取目標(biāo)所在的速度通道，采用多視差頻法估計(jì)多普勒模糊數(shù)；依模糊數(shù)和速度頻率估計(jì)值計(jì)算無模糊的徑向速度，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)正確定位。本發(fā)明提高了估計(jì)精度和檢測性能。解模糊處理過程僅需2～3次迭代，減少了計(jì)算量，提高了解多普勒模糊的正確概率，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證所提方法的有效性。
文檔編號G01S13/06GK102565784SQ20121000140
公開日2012年7月11日 申請日期2012年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月4日
發(fā)明者廖桂生, 徐青, 曾操, 朱圣棋, 李軍, 李蕾, 楊志偉, 陶海紅 申請人:西安電子科技大學(xué)