[发明专利]基于等效距离方程的SAR地面运动目标成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及机载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像方法，具体的说是一种基于等效距离方程的SAR地面运动目标成像方法，用于机载SAR对地面运动目标成像。

背景技术

SAR是一种全天时、全天候、多功能的微波遥感成像设备，在民用和军事领域内都得到了广泛应用。其中，机载SAR地面运动目标检测GMTI和地面运动目标成像GMTIm因其在交通监控和战场侦察中的重要作用而成为一个研究热点。

对于机载SAR-GMTI系统，较宽的工作带宽和较长的相干积累时间使其能够对观测区域进行高分辨的成像。然而，由于相干积累时间较长，对目标的成像需要精确的补偿目标的距离单元徙动和目标回波信号相位弯曲。而运动目标由于存在速度，其距离徙动和信号相位历程与静止目标不同。因此，如果直接采用传统的SAR静止目标成像方法对地面运动目标进行成像，由于距离单元徙动和信号相位弯曲补偿不准确，会出现散焦现象。目标的散焦一方面会导致成像后的目标的图像变的模糊，一方面会使目标的信杂噪比下降，这些都将影响系统对运动目标的识别和分类。因此，有必要研究和开发SAR地面运动目标的精确成像方法。

在过去的近40年里，为实现对地面运动目标的精确成像，各国学者提出了许多方法。Barbarossa等人通过先从数据中估计出目标的运动参数，然后补偿由于目标运动引起的距离走动和距离弯曲来实现对目标的成像。然而，要精确估计出一个散焦了的目标的运动参数往往比较困难。Perry等人提出了一系列基于keystone变换的SAR地面运动目标成像方法。通过使用keystone变换，可以很好的补偿由目标距离向速度带来的距离走动。朱圣棋等人提出了一种在二维频域通过对目标信号进行匹配滤波来实现成像的方法。与传统方法不同，该方法在距离频率域进行方位压缩。但是，上述方法都对目标距离方程进行了二阶Taylor近似。这种近似对距离徙动校正的影响可忽略，但对信号相位弯曲补偿的影响却不能忽略，尤其是对于合成孔径时间较长的机载SAR系统，这种近似会导致严重的方位散焦和方位旁瓣不对称，使得系统对运动目标的聚焦不够精确，而这将严重影响系统对运动目标的识别和分类。

发明内容

本发明的主要目的在于针对上述已有方法会导致地面运动目标散焦和方位旁瓣不对称的缺点，提出了一种成像质量高、易于实现的基于等效距离方程的SAR地面运动目标成像方法，与传统方法不同，本发明没有采用对目标距离方程进行近似的方法，能实现对地面运动目标的高质量的成像。

本发明是一种基于等效距离方程的SAR地面运动目标成像方法，可在机载正侧视SAR-GMTI系统下工作，具体实现步骤包括如下：

步骤1根据等效距离方程将地面运动目标等效为静止目标，并建立等效后的信号模型；

步骤2机载雷达接收地面运动目标的原始回波信号，对接收到的地面运动目标原始回波信号分别进行距离向傅里叶变换和方位向傅里叶变换，将该回波信号变换到二维频域；

步骤3根据等效后的信号模型，在二维频域构造距离匹配滤波器，对变换到二维频域的回波信号进行距离向匹配滤波；

步骤4对距离匹配滤波后的回波信号进行距离向逆傅里叶变换，并在距离多普勒域利用sinc插值进行距离徙动校正；

步骤5对距离徙动校正后的回波信号进行方位向匹配滤波；

步骤6对方位匹配滤波后的回波信号进行方位向逆傅里叶变换，完成对地面运动目标的成像。根据该成像结果，雷达系统可对目标进行识别和分类。

机载SAR-GMTI系统的工作任务之一是对地面运动目标进行检测并成像。在检测到目标并获得目标的图像后系统要对目标进行识别和分类，而成像的精确与否会影响系统对目标的识别和分类的可靠性。本发明正是针对机载SAR-GMTI系统这一工作任务的技术方案。本发明首先对地面运动目标的距离方程进行等效变形，将运动目标等效为静止目标，并建立等效后的信号模型。建立好等效后的目标信号模型后，本发明采用常规的距离多普勒算法对目标进行成像。

本发明的实现还在于：步骤1中根据等效距离方程将地面运动目标等效为静止目标并建立等效后的信号模型的过程，包括如下步骤：

1a)根据机载SAR系统的飞行路径与目标的运动特性，建立斜距平面SAR观测几何图，根据斜距平面机载SAR系统观测几何图，建立目标距离方程：