CN108051809B - 基于Radon变换的运动目标成像方法、装置及电子设备 - Google Patents

基于Radon变换的运动目标成像方法、装置及电子设备 Download PDF

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Abstract

本发明适用于雷达识别技术领域，提供了一种基于Radon变换的运动目标成像方法、成像装置、电子设备及计算机可读存储介质，所述成像方法包括：获取运动目标的回波信号，对所述获取的回波信号进行距离压缩，并进行距离弯曲校正，再通过Radon变换计算所述运动目标的径向速度，并对计算过程中引入的相位项进行补偿校正，最后再利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，将所述运动目标在方位多普勒域进行匹配滤波，从而得到所述运动目标的聚焦成像，应用本发明所提供的成像方法能够提高对运动目标的定位和成像结果的准确性。

Description

基于Radon变换的运动目标成像方法、装置及电子设备
技术领域
本发明属于合成孔径雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种基于Radon变换的运动目标成像方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，简称SAR)是一种主动式的对地观测系统，可安装在飞机(机载)、卫星(星载)等飞行平台上，SAR系统利用合成孔径原理，实现高分辨的微波成像，全天时、全天候对地实施观测、并具有一定的地表穿透能力。随着技术的发展，还出现了弹载、地基SAR、无人机SAR、临近空间平台SAR、手持式设备等多种形式平台搭载的合成孔径雷达，广泛用于军事、民用领域。
然而，由于SAR的载机平台自身的不确定运动，运动目标在SAR图像上会发生散焦和方位位置偏移，尤其是在运动目标的径向速度超过一定的数值后，会导致对运动目标的定位和成像结果的准确度大大降低。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种基于Radon变换的运动目标成像方法、装置、电子设备及计算机可读存储介质，能够提高SAR运动目标成像的准确性。
本发明实施例的第一方面提供了一种基于Radon变换的运动目标成像方法，运动目标成像方法包括：
获取运动目标的回波信号；
对所述获取的回波信号进行距离压缩；
将所述距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正，得到所述运动目标的轨迹；
基于所述运动目标的轨迹，通过Radon变换计算所述运动目标的径向速度，得到所述运动目标的径向速度估计值；
对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行补偿校正，其中，所述引入的相位项包括：距离走动项、多普勒中心频率偏移项和方位三次相位项；
基于补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，得到所述运动目标的方位向速度的估计值；
基于所述方位向速度的估计值，确定所述运动目标的多普勒频率，并基于所述确定的多普勒频率，以及，补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，将所述运动目标在方位多普勒域进行匹配滤波，得到所述运动目标的聚焦成像。
本发明实施例的第二方面提供了一种基于Radon变换的运动目标成像装置，所述运动目标成像装置包括：
获取单元，用于获取运动目标的回波信号；
距离压缩单元，用于对所述获取单元获取的回波信号进行距离压缩；
距离弯曲校正单元，用于将所述距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正，得到所述运动目标的轨迹；
径向速度计算单元，用于基于所述运动目标的轨迹，通过Radon变换计算所述运动目标的径向速度，得到所述运动目标的径向速度估计值；
相位项补偿校正单元，用于对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行补偿校正，其中，所述引入的相位项包括：距离走动项、多普勒中心频率偏移项和方位三次相位项；
方位向速度计算单元，用于基于补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，得到所述运动目标的方位向速度的估计值；
成像单元，用于基于所述方位向速度的估计值，确定所述运动目标的多普勒频率，并基于所述确定的多普勒频率，以及，补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，将所述运动目标在方位多普勒域进行匹配滤波，得到所述运动目标的聚焦成像。
本发明实施例的第三方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现如任一项所述基于Radon变换的运动目标成像方法的步骤。
本发明实施例的第四方面提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如任一项所述基于Radon变换的运动目标成像方法的步骤。
本发明实施例与现有技术相比存在的有益效果是：
本发明通过对运动目标的回波信号进行距离压缩和距离弯曲校正，利用Radon变换计算所述运动目标的径向速度，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，并对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行了补偿校正，从而提高了对运动目标的定位和成像结果的准确性。
本发明通过补偿校正计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的方位三次相位，解决了运动目标的方位旁瓣不对称问题。
本发明通过BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，将方位向速度的计算转换为前向图像和后向图像的方位位置偏移量的计算，从而避免了利用时频分析工具来计算方位向速度时所引入的运算量大的问题。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1是本发明实施例提供的基于Radon变换的运动目标成像方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的基于Radon变换的运动目标成像装置的结构示意图；
图3是本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
需要指出的是，在SAR系统中，径向速度会导致运动目标的多普勒中心频率产生偏移，不同的径向速度会引入不一样的偏移量，多普勒中心频率的偏移量与径向速度的大小成正比例关系，根据多普勒中心频率的偏移量，运动目标被分为“快”、“慢”两类。
当径向速度与引入的多普勒中心频率的偏移量大于脉冲重复频率(PulseRepetition Frequency，PRF)时，运动目标的多普勒中心频率就会发生模糊，发生多普勒中心频率模糊的条件可以表示为：
其中，vr表示运动目标的径向速度，λ表示雷达(SAR)发射信号的波长。
需要指出的是，在本发明实施例中，快速运动目标是指：径向速度引入的多普勒中心频率的偏移量大于PRF，即运动目标发生多普勒中心频率模糊；慢速运动目标是指：径向速度引入的多普勒中心频率的偏移量小于PRF，即运动目标没有出现多普勒中心频率模糊，本发明实施例对快速运动目标的SAR成像具有更佳的有益效果。
对于快速运动目标，由于较大的径向速度，其多普勒中心频率的偏移量很有可能超过PRF，从而导致快速运动目标发生多普勒中心频率模糊，此时径向速度的估计值存在模糊，利用模糊的径向速度估计值无法正确校正距离走动。利用多载频、多基线技术可以得到不模糊的径向速度估计值，但会增加系统的复杂度。此外，由于楔石形(Keystone)变换只适用于不存在多普勒中心频率模糊的情况，因此Keystone变换同样无法有效校正快速运动目标的距离走动。
由于方位向速度导致运动目标的多普勒调频率与静止目标不同，因此方位压缩之前需要计算方位向速度。方位向速度的计算通常采用时频分析工具，例如WVD、离散Chirp-Fourier变换、分数阶傅里叶变换等，但上述变换引入的搜索步骤会导致大运算量的问题。
图1示出了本发明实施例提供的基于Radon变换的运动目标成像方法的流程示意图，详述如下：
在步骤101中，获取运动目标的回波信号；
在本实施例中，雷达载机平台SAR发出发射信号，发射信号在探测到目标后被反射，SAR接收被反射的信号，即回波信号，并从中识别出运动目标的回波信号。
需要说明的是，具体识别回波信号属于运动目标还是静止目标在现有技术中存在多种实现方式，在本实施例中不作特别说明，本发明实施例是基于对运动目标的回波信号进行处理的一种成像方法。
在步骤102中，对所述获取的回波信号进行距离压缩；
在本发明实施例中，假设载机平台沿方位向作匀速直线运动，并且运动目标在合成孔径时间内作匀速直线运动，运动目标回波信号的数据获取的几何关系如下：载机平台的飞行速度为vs，运动目标的径向速度为vr，运动目标的方位向速度为va，方位时间为t，雷达到运动目标的最近斜距为R0，雷达到运动目标的瞬时斜距R(t)可以由如下双曲线距离等式给出：
现有技术中，双曲线距离等式可以被近似为如下抛物线：
可以看出，在抛物线近似中，只保留了方位时间t的一次项和二次项，t的高次项(三次项及三次以上的项)均被忽略。当运动目标的径向速度不太时，t的高次项对运动目标成像结果的影响可以被忽略。因此，上述抛物线近似是有效的，即t的高次项可以被忽略。
在本实施例中，将双曲线距离等式进行泰勒(Taylor)展开并保留至t的三次项，瞬时斜距R(t)可以表示为：
可以看出，在运动目标瞬时斜距R(t)的三阶Taylor展开式中，t的三次项与运动目标的径向速度成正比例关系，随着径向速度的增大，t三次项的值也逐渐的增大。当运动目标的径向速度超过一定的数值后，t的三次项对运动目标成像结果的影响将不可以被忽略。对于快速运动目标，由于较大的径向速度，因此t的三次项很有可能影响其成像结果。
快速运动目标的回波模型可表示为：
其中，σs表示与运动目标后向散射系数相关的复常数，τ表示距离时间，t表示方位时间，ωr(·)表示距离包络(矩形窗函数)，ωa(·)表示方位包络(sinc平方型函数)，c表示光速，f0表示雷达中心频率，Kr表示距离调频率，R(t)表示快速运动目标的瞬时斜距，这里R(t)可以表示将双曲线距离等式进行Taylor展开并保留至t的三次项的运动目标瞬时斜距。
因此，距离压缩后，运动目标的回波信号可以表示为：
其中，fr表示距离频率，Wr(·)表示距离包络的频域形式。其中有两个指数项：第一个指数项决定了快速运动目标所在的距离单元，相位φ1中包含了快速运动目标的距离徙动(Range Cell Migration，RCM)信息分量；第二个指数项决定了快速运动目标的方位相位，相位φ2中包含了快速运动目标的方位信号信息。
需要指出的是，运动目标的RCM分量能否被忽略或近似取决于雷达的距离分辨率。当运动目标的线性RCM分量远大于雷达的距离分辨率时，快速运动目标的线性RCM分量不能被忽略；当运动目标的二次RCM分量与静止目标的二次RCM分量的差值小于雷达的距离分辨率时，运动目标的二次RCM分量可以近似为静止目标的二性RCM分量而不影响成像结果；当运动目标的三次RCM分量远大于雷达的距离分辨率时，运动目标的三次RCM分量可以被忽略而不影响成像结果。
优选的，当所述运动目标的回波信号的多普勒中心频率偏移量大于脉冲重复频率时，对所述获取的回波信号进行距离压缩。
优选的，在步骤102之前，通过相位中心偏置天线对所述运动目标的回波信号进行杂波抑制。
对于对比度较大的成像场景，例如海面舰船，本实施例具有较好的成像效果。但是，对于地面上的运动目标，由于较强的杂波背景，运动目标通常会被杂波淹没，因此可以通过偏移相位中心天线对所述运动目标的回波信号进行杂波抑制。
在步骤103中、将所述距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正，得到所述运动目标的轨迹；
需要指出的是，将所述距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正所得到的该轨迹为所述运动目标的近似轨迹，运动目标的RCM由距离走动和距离弯曲组成。由于运动目标的距离弯曲与静止目标的距离弯曲的差值小于雷达的距离分辨率，因此快速运动目标的距离弯曲可以近似为静止目标的距离弯曲而不影响成像结果。
本实施例中，距离弯曲校正可以通过相位补偿来实现，相位补偿函数可以表示为：
其中，j为虚数单位，fr表示距离频率，t表示方位时间，c表示光速，vs表示雷达载机平台的飞行速度，R0表示雷达到运动目标的最近斜距。
距离弯曲校正后，快速运动目标的轨迹可以近似为一条直线。由于直线的斜率与快速运动目标的径向速度成正比例关系，且不受多普勒中心频率模糊的影响，因此可以通过直线的斜率来计算不模糊的径向速度。
在步骤104中、基于所述运动目标的轨迹，通过Radon变换计算所述运动目标的径向速度，得到所述运动目标的径向速度估计值；
为了分析快速运动目标的径向速度与其距离走动轨迹的斜率的关系，假设快速运动目标C的径向速度为25m/s，目标C的距离走动轨迹可以近似为一条直线，在照射时间Ta内，其能量在多个距离门内弥散，径向速度与距离走动轨迹的斜率的关系可以表示为因此，不模糊的径向速度的估计值为：
其中，Fa为脉冲重复频率PRF，Fr为距离采样率。因此，径向速度的计算转换成了距离走动轨迹斜率的计算。
在本实施例中，将径向速度的计算转换成了距离走动轨迹斜率的计算，距离走动轨迹的斜率是通过Radon变换来计算的，Radon变换可以有效实现二维平面上直线斜率的提取，现已广泛的应用于SAR信号处理领域。
Radon变换的本质是：将平面x-y上的任意一条直线映射到平面ρ-θ上的一个点，而平面ρ-θ上的任意一个点(ρ0,θ0)唯一确定平面x-y上的一条直线ρ0-xcosθ0-ysinθ0＝0，即平面ρ-θ上的点(ρ0,θ0)与平面x-y上的直线ρ0-xcosθ0-ysinθ0＝0是一一对应的关系。
在步骤105中、对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行补偿校正，其中，所述引入的相位项包括：距离走动项、多普勒中心频率偏移项、方位三次相位项；
由于在照射时间Ta内，运动目标的轨迹经过不同的距离单元，即目标的瞬时斜距随方位时间变化，因此就会产生距离徙动(Range Cell Migration，RCM))这种RCM使得信号处理变得复杂，但却是SAR的一个固有的特征，正是由于这种随方位时间变化的斜距使得方位向信号具有了线性调频的特性，RCM的线性分量包括距离单元走动(Range Cell Walk，RCW)分量，以及距离单元弯曲(Range Cell Curve，RCC)分量。
距离走动会导致快速运动目标的能量在多个距离门内弥散，利用不模糊的径向速度的估计值，距离走动校正可以通过相位补偿来实现。
优选的，通过距离走动补偿函数对所述距离走动项进行补偿校正，其中，所述距离走动补偿函数为：
多普勒中心频率偏移会使得快速运动目标在SAR图像上发生方位位置偏移，通过多普勒中心频率偏移补偿函数对所述多普勒中心频率偏移项进行补偿校正，其中，所述多普勒中心频率偏移补偿函数为：
方位三次相位会导致快速运动目标的方位旁瓣不对称，从而影响目标的成像质量，降低目标的识别能力。通过方位三次相位补偿函数对所述方位三次相位项进行补偿校正，其中，所述方位三次相位补偿函数为：
其中，j为虚数单位，表示运动目标径向速度的估计值，fr表示距离频率，t表示方位时间，c表示光速，λ表示雷达发射信号的波长，vs表示雷达载机平台的飞行速度，R0表示雷达到运动目标的最近斜距。
补偿径向速度引入的相位项(距离走动项、多普勒中心频率偏移项、方位三次相位项)后，快速运动目标在距离多普勒域内可以表示为：
其中，Gr表示距离压缩增益，Br表示信号带宽，Wa(·)表示方位包络ωa(·)的频域形式，fa表示多普勒频率，K'a表示运动目标的多普勒调频率，由于方位向速度的影响，使其与静止目标的多普勒调频率不同。K'a可以表示为：
在本发明实施例中，近似补偿了运动目标的方位三次相位，从而解决了方位三次相位引入的方位旁瓣不对称问题。
在步骤106中、利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，得到所述运动目标的方位向速度的估计值。
SAR的重复访问开创了许多新的研究领域和应用，重访的关键参数和评价标准是重访时间间隔，按照重访周期的不同，SAR的重访可以分为4类：长期重访、中期重访、短期重访、超短期重访，其中，短期重访的重访周期在10ms到数秒之间，可以应用于运动目标识别、车船速度测量、地面形变监测等，但是，短期重访是采用多星星座来实现的，增加了成本和系统复杂度，为了更容易的实现短期重访的应用，通过单星单次飞行可以实现秒量级重访的新体制，即单纤双向(Bidirectional，简称BIDI)SAR体制。
BIDI SAR是通过相控阵天线进行双波束发射和接收的，通过调节天线方向图使一个栅瓣获得与主瓣相同的增益，主瓣和栅瓣分别指向前后两个不同的方向，这样同一个目标会被先后照射两次，前向和后向数据同时被接收，并且被叠加到同一个接收窗内，由于前向和后向数据在方位多普勒谱上是分离的，因此，在方位多普勒域我们可以将前向和后向数据成功分离。
在本发明实施例中，构建类似BIDI SAR体制的前向和向后数据，将方位向速度的计算转换成前向和后向图像的方位位置偏移量的计算，并通过前向和后向图像的互相关函数的峰值位置计算方位位置偏移量，再利用方位向速度的计算值对补偿径向速度引入的相位项后的数据进行匹配滤波，即可实现快速运动目标的聚焦成像。
构建类似BIDI SAR体制的回波数据，可以将方位向速度的计算转换成前向和后向图像的方位位置偏移点数n的计算。然后，通过计算前向和后向图像的互相关函数的峰值位置即可获取n。
利用BIDI技术计算方位向速度的理论依据是：调频率失配会导致非基带信号的压缩位置发生偏移，并且偏移量与失配率有关。
BIDISAR体制与传统条带SAR体制最大的区别在于天线同时接收前向和后向两路回波，并且混叠在一个接收窗中，因此需要在多普勒频域进行带通滤波分离处理。
需要指出的是，前向和后向图像的方位位置偏移是调频率失配引起的，而调频率失配是目标的方位向速度导致的。虽然后向数据比前向数据晚半个合成孔径时间，但是在调频率匹配的情况下，快速运动目标的前向和后向数据将会被压缩到相同的方位位置。这是由于前向和后向数据具有相同的零多普勒时刻，并且包括本文讨论的算法在内的大多数SAR成像算法，都将目标压缩在其零多普勒时刻的位置。
在本发明实施例中，前向和后向图像的方位位置偏移量Δt可以表示为：
其中，Δt中包含了目标的方位向速度。因此方位向速度的估计值可以表示为：
其中n表示Δt的离散形式，可以表示为n＝Δt·Fa。
在步骤107中、基于所述方位向速度的估计值，确定所述运动目标的多普勒频率，并基于所述确定的多普勒频率，以及，补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，将所述运动目标在方位多普勒域进行匹配滤波，得到所述运动目标的聚焦成像。
在本发明实施例中，前向和后向数据的匹配滤波器为：
其中，Ba表示多普勒带宽，fa表示多普勒频率，Ka表示静止目标的多普勒调频率，Ka可以表示为：
匹配滤波后，快速运动目标的前向和后向图像可以表示为：
其中g(t)表示的IFT(Inverse FourierTransform，逆傅立叶变换)，ΔKa＝Ka-K'a。
当ΔKa＝0时，g(t)是一个典型的辛格(sinc)函数。因此，前向和后向图像是聚焦的，并且具有相同的压缩峰值位置t＝0。当ΔKa≠0时，g(t)是一个线性调频信号。由于较小的时间带宽积(Time Bandwidth Product，TBP)，g(t)的解析表达式不能通过驻定相位原理(Principle of Stationary Phase，POSP)来获取。但是，g(t)可以近似表示为矩形窗函数。在这种情况下，前向和后向图像是散焦的，并且出现了相反的方位位置偏移。
上述可知，补偿径向速度引入的相位项(距离走动项、多普勒中心频率偏移项、方位三次相位项)后，快速运动目标在距离多普勒域内可以表示为：
其中，Gr表示距离压缩增益，Br表示信号带宽，Wa(·)表示方位包络ωa(·)的频域形式，fa表示多普勒频率，K'a表示快速运动目标的多普勒调频率，由于方位向速度的影响，使其与静止目标的多普勒调频率不同。K'a可以表示为：
利用方位向速度的估计值对上述快速运动目标在距离多普勒域内进行匹配滤波，即可实现快速运动目标的聚焦成像。
由上可知，本发明通过对运动目标的回波信号进行距离压缩和距离弯曲校正，利用Radon变换计算所述运动目标的径向速度，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，并对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行了补偿校正，从而提高了对运动目标的定位和成像结果的准确性。
本发明通过补偿校正计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的方位三次相位，解决了运动目标的方位旁瓣不对称问题。
本发明通过BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，将方位向速度的计算转换为前向图像和后向图像的方位位置偏移量的计算，从而避免了利用时频分析工具来计算方位向速度时所引入的运算量大的问题。
应理解，上述实施例中各步骤的序号的大小并不意味着执行顺序的先后，各过程的执行顺序应以其功能和内在逻辑确定，而不应对本发明实施例的实施过程构成任何限定。
图2示出了本发明实施例提供的基于Radon变换的运动目标成像装置的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：
一种基于Radon变换的运动目标成像装置2，包括获取单元21，距离压缩单元22，距离弯曲校正单元23，径向速度计算单元24，相位项补偿校正单元25，方位向速度计算单元26以及成像单元27。
获取单元21，用于获取运动目标的回波信号；
距离压缩单元22，用于对所述获取单元21获取的回波信号进行距离压缩；
距离弯曲校正单元23，用于将所述距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正，得到所述运动目标的轨迹；
径向速度计算单元24，用于基于所述运动目标的轨迹，通过Radon变换计算所述运动目标的径向速度，得到所述运动目标的径向速度估计值；
相位项补偿校正单元25，用于对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行补偿校正，其中，所述引入的相位项包括：距离走动项、多普勒中心频率偏移项、方位三次相位项；
方位向速度计算单元26，用于基于补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，得到所述运动目标的方位向速度的估计值；
成像单元27，用于基于所述方位向速度的估计值，确定所述运动目标的多普勒频率，并基于所述确定的多普勒频率，以及，补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，将所述运动目标在方位多普勒域进行匹配滤波，得到所述运动目标的聚焦成像。
可选的，距离压缩单元22还用于：当所述运动目标的回波信号的多普勒中心频率偏移量大于脉冲重复频率时，对所述获取的回波信号进行距离压缩。
可选的，运动目标成像装置2还包括：
杂波抑制单元，用于通过相位中心偏置天线对所述运动目标的回波信号进行杂波抑制。
由上可知，本发明通过对运动目标的回波信号进行距离压缩和距离弯曲校正，利用Radon变换计算所述运动目标的径向速度，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，并对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行了补偿校正，从而提高了对运动目标的定位和成像结果的准确性。
本发明通过补偿校正计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的方位三次相位，解决了运动目标的方位旁瓣不对称问题。
本发明通过BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，将方位向速度的计算转换为前向图像和后向图像的方位位置偏移量的计算，从而避免了利用时频分析工具来计算方位向速度时所引入的运算量大的问题。
图3是本发明一实施例提供的电子设备的示意图。如图3所示，该实施例的电子设备3包括：处理器30、存储器31以及存储在所述存储器31中并可在所述处理器30上运行的计算机程序32。所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各个基于Radon变换的运动目标成像方法实施例中的步骤，例如图1所示的步骤101至步骤107，所述处理器30执行所述计算机程序32时实现上述各装置实施例中各模块/单元的功能，例如图2所示单元21至27的功能。
示例性的，所述计算机程序32可以被分割成一个或多个模块/单元，所述一个或者多个模块/单元被存储在所述存储器31中，并由所述处理器30执行，以完成本发明。所述一个或多个模块/单元可以是能够完成特定功能的一系列计算机程序指令段，该指令段用于描述所述计算机程序32在所述电子设备3中的执行过程。例如，所述计算机程序32可以被分割成获取单元，距离压缩单元，距离弯曲校正单元，径向速度计算单元，相位项补偿校正单元，方位向速度计算单元以及成像单元，各单元具体功能如下：
获取单元，用于获取运动目标的回波信号；
距离压缩单元，用于对所述获取单元获取的回波信号进行距离压缩；
距离弯曲校正单元，用于将所述距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正，得到所述运动目标的轨迹；
径向速度计算单元，用于基于所述运动目标的轨迹，通过Radon变换计算所述运动目标的径向速度，得到所述运动目标的径向速度估计值；
相位项补偿校正单元，用于对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行补偿校正，其中，所述引入的相位项包括：距离走动项、多普勒中心频率偏移项和方位三次相位项；
方位向速度计算单元，用于基于补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，得到所述运动目标的方位向速度的估计值；
成像单元，用于基于所述方位向速度的估计值，确定所述运动目标的多普勒频率，并基于所述确定的多普勒频率，以及，补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，将所述运动目标在方位多普勒域进行匹配滤波，得到所述运动目标的聚焦成像。
所述电子设备3可以是桌上型计算机、笔记本、掌上电脑及云端服务器等计算设备。所述电子设备可包括，但不仅限于，处理器30、存储器31。本领域技术人员可以理解，图3仅仅是电子设备3的示例，并不构成对电子设备3的限定，可以包括比图示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者不同的部件，例如所述电子设备还可以包括输入输出设备、网络接入设备、总线等。
所称处理器30可以是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，还可以是其他通用处理器、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
所述存储器31可以是所述电子设备3的内部存储单元，例如电子设备3的硬盘或内存。所述存储器31也可以是所述电子设备3的外部存储设备，例如所述电子设备3上配备的插接式硬盘，智能存储卡(Smart Media Card,SMC)，安全数字(Secure Digital,SD)卡，闪存卡(Flash Card)等。进一步地，所述存储器31还可以既包括所述电子设备3的内部存储单元也包括外部存储设备。所述存储器31用于存储所述计算机程序以及所述电子设备所需的其他程序和数据。所述存储器31还可以用于暂时地存储已经输出或者将要输出的数据。
所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，仅以上述各功能单元、模块的划分进行举例说明，实际应用中，可以根据需要而将上述功能分配由不同的功能单元、模块完成，即将所述装置的内部结构划分成不同的功能单元或模块，以完成以上描述的全部或者部分功能。实施例中的各功能单元、模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中，上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。另外，各功能单元、模块的具体名称也只是为了便于相互区分，并不用于限制本申请的保护范围。上述系统中单元、模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。
在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述或记载的部分，可以参见其它实施例的相关描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。
在本发明所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的装置/电子设备和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置/电子设备实施例仅仅是示意性的，例如，所述模块或单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通讯连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通讯连接，可以是电性，机械或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
所述集成的模块/单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明实现上述实施例方法中的全部或部分流程，也可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一计算机可读存储介质中，该计算机程序在被处理器执行时，可实现上述各个方法实施例的步骤。其中，所述计算机程序包括计算机程序代码，所述计算机程序代码可以为源代码形式、对象代码形式、可执行文件或某些中间形式等。所述计算机可读介质可以包括：能够携带所述计算机程序代码的任何实体或装置、记录介质、U盘、移动硬盘、磁碟、光盘、计算机存储器、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、电载波信号、电信信号以及软件分发介质等。需要说明的是，所述计算机可读介质包含的内容可以根据司法管辖区内立法和专利实践的要求进行适当的增减，例如在某些司法管辖区，根据立法和专利实践，计算机可读介质不包括是电载波信号和电信信号。
以上所述实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种基于Radon变换的运动目标成像方法，其特征在于，所述运动目标成像方法包括：
获取运动目标的回波信号；
对所述获取的回波信号进行距离压缩；
将所述距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正，得到所述运动目标的轨迹；
基于所述运动目标的轨迹，通过Radon变换计算所述运动目标的径向速度，得到所述运动目标的径向速度估计值；
对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行补偿校正，其中，所述引入的相位项包括：距离走动项、多普勒中心频率偏移项和方位三次相位项；
基于补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，得到所述运动目标的方位向速度的估计值；
基于所述方位向速度的估计值，确定所述运动目标的多普勒频率，并基于所述确定的多普勒频率，以及，补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，将所述运动目标在方位多普勒域进行匹配滤波，得到所述运动目标的聚焦成像；
其中，所述对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行补偿校正，包括：
通过距离走动补偿函数对所述距离走动项进行补偿校正，其中，所述距离走动补偿函数为：
通过多普勒中心频率偏移补偿函数对所述多普勒中心频率偏移项进行补偿校正，其中，所述多普勒中心频率偏移补偿函数为：
通过方位三次相位补偿函数对所述方位三次相位项进行补偿校正，其中，所述方位三次相位补偿函数为：
其中，j为虚数单位，表示运动目标径向速度的估计值，fr表示距离频率，t表示方位时间，c表示光速，λ表示雷达发射信号的波长，vs表示雷达载机平台的飞行速度，R0表示雷达到运动目标的最近斜距。
2.根据权利要求1所述的运动目标成像方法，其特征在于，所述对所述获取的回波信号进行距离压缩，包括：
当所述运动目标的回波信号的多普勒中心频率偏移量大于脉冲重复频率时，对所述获取的回波信号进行距离压缩。
3.根据权利要求1所述的运动目标成像方法，其特征在于，所述对所述获取的回波信号进行距离压缩之前，所述运动目标成像方法还包括：
通过相位中心偏置天线对所述运动目标的回波信号进行杂波抑制。
4.根据权利要求1至3任一项所述的运动目标成像方法，其特征在于，所述利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，得到所述运动目标的方位向速度的估计值，包括：
所述运动目标的方位向速度的估计值可以表示为：
其中，为所述运动目标的方位向速度的估计值，Ta表示雷达发射信号的照射时间，Fa为脉冲重复频率，n为Δt的离散形式可以表示为：n＝Δt·Fa，Δt表示所述运动目标的多普勒频谱的前向图像和后向图像的方位位置偏移量。
5.一种基于Radon变换的运动目标成像装置，其特征在于，所述运动目标成像装置包括：
获取单元，用于获取运动目标的回波信号；
距离压缩单元，用于对所述获取单元获取的回波信号进行距离压缩；
距离弯曲校正单元，用于将所述距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正，得到所述运动目标的轨迹；
径向速度计算单元，用于基于所述运动目标的轨迹，通过Radon变换计算所述运动目标的径向速度，得到所述运动目标的径向速度估计值；
相位项补偿校正单元，用于对计算所述运动目标的径向速度的过程中引入的相位项进行补偿校正，其中，所述引入的相位项包括：距离走动项、多普勒中心频率偏移项和方位三次相位项；
方位向速度计算单元，用于基于补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，利用BIDI技术计算所述运动目标的方位向速度，得到所述运动目标的方位向速度的估计值；
成像单元，用于基于所述方位向速度的估计值，确定所述运动目标的多普勒频率，并基于所述确定的多普勒频率，以及，补偿校正后的所述运动目标的径向速度估计值，将所述运动目标在方位多普勒域进行匹配滤波，得到所述运动目标的聚焦成像；
其中，所述相位项补偿校正单元具体用于：通过距离走动补偿函数对所述距离走动项进行补偿校正，其中，所述距离走动补偿函数为：
通过多普勒中心频率偏移补偿函数对所述多普勒中心频率偏移项进行补偿校正，其中，所述多普勒中心频率偏移补偿函数为：
通过方位三次相位补偿函数对所述方位三次相位项进行补偿校正，其中，所述方位三次相位补偿函数为：
其中，j为虚数单位，表示运动目标径向速度的估计值，fr表示距离频率，t表示方位时间，c表示光速，λ表示雷达发射信号的波长，vs表示雷达载机平台的飞行速度，R0表示雷达到运动目标的最近斜距。
6.根据权利要求5所述的运动目标成像装置，其特征在于，所述距离压缩单元还用于：
当所述运动目标的回波信号的多普勒中心频率偏移量大于脉冲重复频率时，对所述获取的回波信号进行距离压缩。
7.根据权利要求6所述的运动目标成像装置，其特征在于，所述运动目标成像装置还包括：
杂波抑制单元，用于通过相位中心偏置天线对所述运动目标的回波信号进行杂波抑制。
8.一种电子设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
9.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至4任一项所述方法的步骤。
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