CN110988873B - 基于能量中心提取的单通道sar舰船速度估计方法及系统 - Google Patents

基于能量中心提取的单通道sar舰船速度估计方法及系统 Download PDF

Info

Publication number
CN110988873B
CN110988873B CN201910968037.6A CN201910968037A CN110988873B CN 110988873 B CN110988873 B CN 110988873B CN 201910968037 A CN201910968037 A CN 201910968037A CN 110988873 B CN110988873 B CN 110988873B
Authority
CN
China
Prior art keywords
time domain
domain signal
dimensional time
azimuth
signal
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201910968037.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN110988873A (zh
Inventor
孙光才
于海峰
张尊杰
邢孟道
游冬
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xidian University
Original Assignee
Xidian University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xidian University filed Critical Xidian University
Priority to CN201910968037.6A priority Critical patent/CN110988873B/zh
Publication of CN110988873A publication Critical patent/CN110988873A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN110988873B publication Critical patent/CN110988873B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Images

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9021—SAR image post-processing techniques
    • G01S13/9029—SAR image post-processing techniques specially adapted for moving target detection within a single SAR image or within multiple SAR images taken at the same time
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/006—Theoretical aspects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/581—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets
    • G01S13/582—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems using transmission of interrupted pulse modulated waves and based upon the Doppler effect resulting from movement of targets adapted for simultaneous range and velocity measurements
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/02—Systems using reflection of radio waves, e.g. primary radar systems; Analogous systems
    • G01S13/50—Systems of measurement based on relative movement of target
    • G01S13/58—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems
    • G01S13/588—Velocity or trajectory determination systems; Sense-of-movement determination systems deriving the velocity value from the range measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9011—SAR image acquisition techniques with frequency domain processing of the SAR signals in azimuth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9004—SAR image acquisition techniques
    • G01S13/9017—SAR image acquisition techniques with time domain processing of the SAR signals in azimuth
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/89—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging
    • G01S13/90—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for mapping or imaging using synthetic aperture techniques, e.g. synthetic aperture radar [SAR] techniques
    • G01S13/9094—Theoretical aspects
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S13/00—Systems using the reflection or reradiation of radio waves, e.g. radar systems; Analogous systems using reflection or reradiation of waves whose nature or wavelength is irrelevant or unspecified
    • G01S13/88—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications
    • G01S13/91—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control
    • G01S13/92—Radar or analogous systems specially adapted for specific applications for traffic control for velocity measurement
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/28—Details of pulse systems
    • G01S7/285—Receivers
    • G01S7/292—Extracting wanted echo-signals
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/415—Identification of targets based on measurements of movement associated with the target
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01S—RADIO DIRECTION-FINDING; RADIO NAVIGATION; DETERMINING DISTANCE OR VELOCITY BY USE OF RADIO WAVES; LOCATING OR PRESENCE-DETECTING BY USE OF THE REFLECTION OR RERADIATION OF RADIO WAVES; ANALOGOUS ARRANGEMENTS USING OTHER WAVES
    • G01S7/00—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00
    • G01S7/02—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00
    • G01S7/41—Details of systems according to groups G01S13/00, G01S15/00, G01S17/00 of systems according to group G01S13/00 using analysis of echo signal for target characterisation; Target signature; Target cross-section
    • G01S7/418—Theoretical aspects

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • Radar, Positioning & Navigation (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Electromagnetism (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Radar Systems Or Details Thereof (AREA)

Abstract

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法及系统，接收回波信号；根据回波信号得到两维时域基频信号；根据两维时域基频信号得到两维频域信号；根据两位频域信号得到第一校正后的两维时域信号与第二校正后的两维时域信号；根据第一校正后的两维时域信号得到方位向匹配滤波的两维时域信号；根据方位向匹配滤波的两维时域信号得到姿态影响误差；根据第二校正后的两维时域信号和姿态影响误差得到实际观测位置；根据方位向匹配滤波的两维时域信号得到成像位置；根据成像位置与实际观测位置得到径向运动速度；根据方位向匹配滤波的两维时域信号得到估计方位速度。本发明估计舰船位置及速度更加精确。

Description

基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法及系统
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法及系统。
背景技术
SAR是一种先进的雷达系统，能够全天候、全天时工作，现已广泛应用于全球地形观测、海洋遥感等诸多方面，因此，SAR技术的发展一直受到高度关注。
与多通道SAR相比，单通道SAR对系统的载荷的要求比较低，成本较低，更易实现。在全球地形观测方面，星载单通道SAR已经实现了广泛的应用。但是由于单通道SAR相较于多通道SAR，不具备多个通道的空间自由度，无法通过多个自由度的雷达信号实现动目标的速度估计。因此，单通道SAR动目标测速受到了很大的限制。由于受到载荷的限制，单通道SAR系统的脉冲重复频率也比较低，并且海面舰船目标的速度比较低，现有的在单通道SAR信号多普勒域检测和估计动目标的算法无法对海面舰船目标的速度进行估计。从而限制了目前在轨的许多星载单通道SAR的应用。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法即及系统。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法，包括：
接收回波信号；
对所述回波信号进行去载频操作，得到两维时域基频信号；
对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号；
对所述两维频域信号进行校正，得到第一校正后的两维时域信号与第二校正后的两维时域信号；
对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号；
根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到姿态影响误差；
根据所述第二校正后的两维时域信号和所述姿态影响误差得到实际观测位置；
根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到成像位置；
根据所述成像位置与所述实际观测位置得到径向运动速度；
对所述方位向匹配滤波的两维时域信号进行最小熵方位速度滤波，得到估计方位速度。
在本发明的一个实施例中，对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号，包括：
对所述两维时域信号进行方位向傅里叶变换得到傅里叶变换后信号；
对所述傅里叶变换后信号进行变标函数相乘，得到变标信号；
对所述变标信号进行距离向傅里叶变换，得到两维频域信号。
在本发明的一个实施例中，对所述两维频域信号进行校正，得到校正后的两维时域信号，包括：
对所述两维频域信号进行距离压缩和距离徙动校正，得到初级校正后的两维时域信号；
对所述初级校正后的两维时域信号进行距离逆傅里叶变换得到第一校正后的两维时域信号；
对所述第一校正后的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换得到第二校正后的两维时域信号。
在本发明的一个实施例中，对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号，包括：
构建方位匹配滤波函数；
根据所述匹配滤波函数与所述第一校正后的两维时域信号得到初级方位向匹配滤波的两维时域信号；
对所述初级方位向匹配滤波的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换，得到方位向匹配滤波的两维时域信号。
在本发明的一个实施例中，根据所述第二校正后的两维时域信号得到实际观测位置，包括：
对所述第二校正后的两维时域信号进行时域包络提取，得到时域包络；
提取所述时域包络的天线方向图调制峰值，得到实际观测距离。
本发明还提供了一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计系统，包括：
信号是接收模块，用于接收回波信号；
去载模块，用于对所述回波信号进行去载频操作，得到两维时域基频信号；
线性调频变标模块，用于对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号；
校正模块，用于对所述两维频域信号进行校正，得到第一校正后的两维时域信号与第二校正后的两维时域信号；
方位向滤波模块，用于对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号；
姿态影响误差模块，用于根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到姿态影响误差；
实际观测位置确定模块，用于根据所述第二校正后的两维时域信号和所述姿态影响误差得到实际观测位置；
成像位置计算模块，用于根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到成像位置；
径向运动速度模块，用于根据所述成像位置与所述实际观测位置得到径向运动速度；
估计方位速度计算模块，用于对所述方位向匹配滤波的两维时域信号进行最小熵方位速度滤波，得到估计方位速度。
在本发明的一个实施例中，所述线性调频变标模块包括：
傅里叶变换单元，用于对所述两维时域信号进行方位向傅里叶变换得到傅里叶变换后信号；
变标函数相乘单元，用于对所述傅里叶变换后信号进行变标函数相乘，得到变标信号；
距离傅里叶变换单元，用于对所述变标信号进行距离向傅里叶变换，得到两维频域信号。
在本发明的一个实施例中，所述校正模块包括：
初级校正单元，用于对所述两维频域信号进行距离压缩和距离徙动校正，得到初级校正后的两维时域信号；
距离逆傅里叶变换单元，用于对所述初级校正后的两维时域信号进行距离逆傅里叶变换得到第一校正后的两维时域信号；
方位逆傅里叶变换单元，用于对所述第一校正后的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换得到第二校正后的两维时域信号。
在本发明的一个实施例中，所述方位向滤波模块包括：
函数构建单元，用于构建方位匹配滤波函数；
初级方位向匹配滤波两维时域信号获取单元，用于根据所述匹配滤波函数与所述第一校正后的两维时域信号得到初级方位向匹配滤波的两维时域信号；
方位向匹配滤波两维时域信号获取单元，用于对所述初级方位向匹配滤波的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换，得到方位向匹配滤波的两维时域信号。
在本发明的一个实施例中，所述实际观测位置确定模块包括：
包络提取单元，用于对所述第二校正后的两维时域信号进行时域包络提取，得到时域包络；
峰值提取单元，用于提取所述时域包络的天线方向图调制峰值，得到实际观测距离。
本发明的有益效果：
本发明通过舰船目标时域包络提取对舰船目标首先进行定位，获得舰船目标的真实位置，提高了单通道动目标径向速度与定位准确度；通过获取舰船目标姿态误差估计去除了实际大尺寸舰船目标的姿态误差影响，以获得更精确的定位及速度估计结果；还通过方位速度匹配滤波器对舰船目标方位速度进行了估计，获得了舰船目标的两维速度估计结果，在实际舰船目标观测中具有应用价值。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法的流程示意图；
图2是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法具体流程示意图；
图3是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法星载单通道SAR舰船目标运动几何示意图；
图4是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法舰船目标姿态影响误差估计示意图；
图5是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法实测数据舰船目标姿态影响误差估计结果图；
图6是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法仿真动目标与静止目标包络提取图；
图7是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法实测舰船目标包络提取图；
图8是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法实测舰船目标定位结果图；
图9是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法实测舰船目标精聚焦结果图；
图10是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计系统的结构框图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法的流程示意图，包括：
接收回波信号；
对所述回波信号进行去载频操作，得到两维时域基频信号；
对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号；
对所述两维频域信号进行校正，得到第一校正后的两维时域信号与第二校正后的两维时域信号；
对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号；
根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到姿态影响误差；
根据所述第二校正后的两维时域信号和所述姿态影响误差得到实际观测位置；
根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到成像位置；
根据所述成像位置与所述实际观测位置得到径向运动速度；
对所述方位向匹配滤波的两维时域信号进行最小熵方位速度滤波，得到估计方位速度。
本发明通过舰船目标时域包络提取对舰船目标首先进行定位，获得舰船目标的真实位置，提高了单通道动目标径向速度与定位准确度；通过获取舰船目标姿态误差估计去除了实际大尺寸舰船目标的姿态误差影响，以获得更精确的定位及速度估计结果；还通过方位速度匹配滤波器对舰船目标方位速度进行了估计，获得了舰船目标的两维速度估计结果，在实际舰船目标观测中具有应用价值。
在本发明的一个实施例中，对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号，包括：
对所述两维时域信号进行方位向傅里叶变换得到傅里叶变换后信号；
对所述傅里叶变换后信号进行变标函数相乘，得到变标信号；
对所述变标信号进行距离向傅里叶变换，得到两维频域信号。
在本发明的一个实施例中，对所述两维频域信号进行校正，得到校正后的两维时域信号，包括：
对所述两维频域信号进行距离压缩和距离徙动校正，得到初级校正后的两维时域信号；
对所述初级校正后的两维时域信号进行距离逆傅里叶变换得到第一校正后的两维时域信号；
对所述第一校正后的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换得到第二校正后的两维时域信号。
在本发明的一个实施例中，对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号，包括：
构建方位匹配滤波函数；
根据所述匹配滤波函数与所述第一校正后的两维时域信号得到初级方位向匹配滤波的两维时域信号；
对所述初级方位向匹配滤波的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换，得到方位向匹配滤波的两维时域信号。
在本发明的一个实施例中，根据所述第二校正后的两维时域信号得到实际观测位置，包括：
对所述第二校正后的两维时域信号进行时域包络提取，得到时域包络；
提取所述时域包络的天线方向图调制峰值，得到实际观测距离。
具体的，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法具体流程示意图，雷达平台以vS的速度沿Y方向运行，舰船目标在雷达波束中心照射时刻的位置为(RB,X0)，舰船目标以vr的径向速度和va的方位向速度运动。由于高分星载SAR观测中，舰船目标无法再被看作是一个单点散射目标，即其信号无法像地面动目标一样在一个距离单元内提取出来，且其不同距离单元的散射点可能位于不同的方位位置Xn。
舰船目标上位于(RB,Xn)处的散射点处的斜距历程可以表示为：
Figure GDA0004020836350000071
其中，
Figure GDA0004020836350000072
为该散射点的波束中心时刻。
更进一步地：
(1)SAR雷达发射线性调频信号，并接受对应的回波信号A(tr,ta)；
Figure GDA0004020836350000073
其中，wr(·)为距离窗函数的位置域形式，wa(·)为方位窗函数的位置形式，fc为载频，γ为调频率，c为光速，j为虚数单位，n为舰船上第n个散射点；
(2)构造线性调频变标函数H1(tr,fa；Rs)；
Figure GDA0004020836350000074
其中，
Figure GDA0004020836350000075
θ为斜视角，
Figure GDA0004020836350000076
RS为场景中心的参考斜距；
(3)对回波信号进行方位傅里叶变换得到傅里叶变换后信号，与调频变标函数点乘得到两维时域基频信号B(fr,fa)；
Figure GDA0004020836350000081
其中，等效方位向速度为
Figure GDA0004020836350000082
(4)对两维时域基频信号进行距离脉压及距离徒动校正，构建距离脉压和距离徒动校正函数H2(fr,fa；Rs)，得到初级校正后的两维时域信号；
Figure GDA0004020836350000083
其中，两维时域基频信号与距离脉压和距离徒动校正函数点乘后通过距离逆傅里叶变换得到第二校正后的两维时域信号C(tr,fa)，
Figure GDA0004020836350000084
(5)对距离时域方位频域信号C(tr,fa)进行方位逆傅里叶变换，得到第二校正后的两维时域信号；
(6)构建方位匹配滤波函数；
Figure GDA0004020836350000085
(7)第二校正后的两维时域信号与方位匹配滤波函数点乘，并通过方位逆傅里叶变换得到方位向匹配滤波的两维时域信号；
Figure GDA0004020836350000086
(8)对方位向匹配滤波的两维时域信号在图像域中进行舰船目标姿态估计，得到姿态影响误差；
(9)对第二校正后的两维时域信号中的海绵舰船目标进行时域包络提取，即提取wa(ta-tcn)，并通过WVD变换提取时域包络的天线方向图调制峰值，并补偿相应舰船目标姿态误差，估计舰船目标的实际观测位置tcn；
(10)在方位向匹配滤波的两维时域信号中提取海面舰船目标的成像方位位置t'c，即通过
Figure GDA0004020836350000091
提取，得到
Figure GDA0004020836350000092
(11)对舰船目标进行实际观测位置定位；
Xn＝vs·tcn；
(12)计算舰船目标径向运动速度；
Figure GDA0004020836350000093
其中，Δtcn＝t'c-tcn；
(13)构建最小熵方位速度滤波器；
Figure GDA0004020836350000094
s.t. va_match∈[-20m/s,20m/s]
(14)利用最小熵方位速度滤波器估计得到的方位速度构建重聚焦方位匹配滤波函数
Figure GDA0004020836350000095
(15)将第二校正后的两维时域信号与重聚焦方位匹配滤波函数点乘，并进行方位逆傅里叶变换得到重聚焦后的舰船目标；
Figure GDA0004020836350000096
本发明的有效性可通过一下仿真实验与实测数据处理实验作进一步说明：
一、仿真实验
1、仿真条件
本实验仿真参数如下表所示：
载频f<sub>c</sub> 9.6GHz 脉冲重复频率 1000Hz
带宽 300MHz 高度(h) 10km
采样频率 360MHz 中心斜距(R) 20km
脉冲宽度 10μs 目标位置 (0,0,0；200,200,0)m
天线方位长度 4m 目标速度 (0,0,0；0,2,0)m/s
平台速度(v) 200m/s
表1
2、仿真内容和结果分析
仿真1：
请参见图3，图3是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法星载单通道SAR舰船目标运动几何示意图，采用图3的仿真几何模型与以上仿真参数，生成静止目标1和具有径向速度的运动目标2的天线方向图调制的回波数据。采用本发明所采用的速度估计算法估计两个目标的速度。请参见图6，图6是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法仿真动目标与静止目标包络提取图及峰值位置提取结果。
通过图6的估计，可以看到静止目标的实际方位位置位于第4001方位采样点处，动目标的实际方位位置位于第4800方位采样点处，而这两个点目标的成像位置分别位于第4001方位采样点和第4100方位采样点，根据表1的参数采用本发明方法计算径向速度，目标1的径向速度为0m/s与仿真的参数相同，目标2的径向速度为1.75m/s，经过表1参数的几何投影后，与仿真参数相同，估计结果准确。
二、实测数据处理结果分析
实测数据为高分三号卫星单通道实测数据，实测数据的主要参数为：载频为C频段，雷达平台速度为7100m/s，中心斜距为910km。
实验1：
采用图像域方法对舰船目标的姿态进行估计：
请参见图4、图5，图4是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法舰船目标姿态影响误差估计示意图；
图5是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法实测数据舰船目标姿态影响误差估计结果图；
由图5可以估计得到舰船目标姿态误差，当舰船目标存在倾斜时，可以补偿姿态误差对估计结果的影响。
实验2：
提取舰船目标的包络并进行WVD拟合
图7是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法实测舰船目标包络提取图；
图8是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法实测舰船目标定位结果图；
由图7估计得到的舰船目标方位真实位置为tcn＝1.801s，由此得到的定位结果为Xn＝v·tcnc＝12825.3m。而该舰船目标在两维聚焦域C'(tr,ta)中的成像位置为13175.6m，因此由径向速度导致的成像位置偏差为ΔXn＝-350.2m，由此估计得到该舰船目标的径向速度为vr＝-2.74m/s。
由于该舰船为非合作目标，参考速度由尾迹定位结果给出。经过尾迹定位，由于径向速度导致的位置偏移为ΔXn＝-358.3m，估计得到的径向速度为vr＝-2.81m/s。因此本发明方法估计得到的舰船目标速度是准确的。
实验3：
估计舰船目标的方位速度：
图9是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计方法实测舰船目标精聚焦结果图；
通过最小熵方位速度滤波器估计得到的方位速度为。
由图9可见，舰船目标聚焦效果良好，主体轮廓特征聚焦良好。
综上，从仿真数据与实测数据两方面均验证了本发明的有效性。
请参见图10，图10是本发明实施例提供的一种基于能量中心提取的单通道SAR舰船目标速度估计系统的结构框图，包括：
信号是接收模块，用于接收回波信号；
去载模块，用于对所述回波信号进行去载频操作，得到两维时域基频信号；
线性调频变标模块，用于对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号；
校正模块，用于对所述两维频域信号进行校正，得到第一校正后的两维时域信号与第二校正后的两维时域信号；
方位向滤波模块，用于对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号；
姿态影响误差模块，用于根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到姿态影响误差；
实际观测位置确定模块，用于根据所述第二校正后的两维时域信号和所述姿态影响误差得到实际观测位置；
成像位置计算模块，用于根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到成像位置；
径向运动速度模块，用于根据所述成像位置与所述实际观测位置得到径向运动速度；
估计方位速度计算模块，用于对所述方位向匹配滤波的两维时域信号进行最小熵方位速度滤波，得到估计方位速度。
在本发明的一个实施例中，所述线性调频变标模块包括：
傅里叶变换单元，用于对所述两维时域信号进行方位向傅里叶变换得到傅里叶变换后信号；
变标函数相乘单元，用于对所述傅里叶变换后信号进行变标函数相乘，得到变标信号；
距离傅里叶变换单元，用于对所述变标信号进行距离向傅里叶变换，得到两维频域信号。
在本发明的一个实施例中，所述校正模块包括：
初级校正单元，用于对所述两维频域信号进行距离压缩和距离徙动校正，得到初级校正后的两维时域信号；
距离逆傅里叶变换单元，用于对所述初级校正后的两维时域信号进行距离逆傅里叶变换得到第一校正后的两维时域信号；
方位逆傅里叶变换单元，用于对所述第一校正后的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换得到第二校正后的两维时域信号。
在本发明的一个实施例中，所述方位向滤波模块包括：
函数构建单元，用于构建方位匹配滤波函数；
初级方位向匹配滤波两维时域信号获取单元，用于根据所述匹配滤波函数与所述第一校正后的两维时域信号得到初级方位向匹配滤波的两维时域信号；
方位向匹配滤波两维时域信号获取单元，用于对所述初级方位向匹配滤波的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换，得到方位向匹配滤波的两维时域信号。
在本发明的一个实施例中，所述实际观测位置确定模块包括：
包络提取单元，用于对所述第二校正后的两维时域信号进行时域包络提取，得到时域包络；
峰值提取单元，用于提取所述时域包络的天线方向图调制峰值，得到实际观测距离。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法，其特征在于，包括：
接收回波信号；
对所述回波信号进行去载频操作，得到两维时域基频信号；
对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号；
对所述两维频域信号进行校正，得到第一校正后的两维时域信号与第二校正后的两维时域信号；
对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号；
根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到姿态影响误差；
根据所述第二校正后的两维时域信号和所述姿态影响误差得到实际观测位置；
根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到成像位置；
根据所述成像位置与所述实际观测位置得到径向运动速度；
对所述方位向匹配滤波的两维时域信号进行最小熵方位速度滤波，得到估计方位速度。
2.根据权利要求1所述的基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法，其特征在于，对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号，包括：
对所述两维时域信号进行方位向傅里叶变换得到傅里叶变换后信号；
对所述傅里叶变换后信号进行变标函数相乘，得到变标信号；
对所述变标信号进行距离向傅里叶变换，得到两维频域信号。
3.根据权利要求1所述的基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法，其特征在于，对所述两维频域信号进行校正，得到校正后的两维时域信号，包括：
对所述两维频域信号进行距离压缩和距离徙动校正，得到初级校正后的两维时域信号；
对所述初级校正后的两维时域信号进行距离逆傅里叶变换得到第一校正后的两维时域信号；
对所述第一校正后的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换得到第二校正后的两维时域信号。
4.根据权利要求3所述的基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法，其特征在于，对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号，包括：
构建方位匹配滤波函数；
根据所述匹配滤波函数与所述第一校正后的两维时域信号得到初级方位向匹配滤波的两维时域信号；
对所述初级方位向匹配滤波的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换，得到方位向匹配滤波的两维时域信号。
5.根据权利要求3所述的基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计方法，其特征在于，根据所述第二校正后的两维时域信号得到实际观测位置，包括：
对所述第二校正后的两维时域信号进行时域包络提取，得到时域包络；
提取所述时域包络的天线方向图调制峰值，得到实际观测距离。
6.基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计系统，其特征在于，包括：
信号是接收模块，用于接收回波信号；
去载模块，用于对所述回波信号进行去载频操作，得到两维时域基频信号；
线性调频变标模块，用于对所述两维时域基频信号进行线性调频变标，得到两维频域信号；
校正模块，用于对所述两维频域信号进行校正，得到第一校正后的两维时域信号与第二校正后的两维时域信号；
方位向滤波模块，用于对所述第一校正后的两维时域信号进行方位向匹配滤波，得到方位向匹配滤波的两维时域信号；
姿态影响误差模块，用于根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到姿态影响误差；
实际观测位置确定模块，用于根据所述第二校正后的两维时域信号和所述姿态影响误差得到实际观测位置；
成像位置计算模块，用于根据所述方位向匹配滤波的两维时域信号得到成像位置；
径向运动速度模块，用于根据所述成像位置与所述实际观测位置得到径向运动速度；
估计方位速度计算模块，用于对所述方位向匹配滤波的两维时域信号进行最小熵方位速度滤波，得到估计方位速度。
7.根据权利要求6所述的基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计系统，其特征在于，所述线性调频变标模块包括：
傅里叶变换单元，用于对所述两维时域信号进行方位向傅里叶变换得到傅里叶变换后信号；
变标函数相乘单元，用于对所述傅里叶变换后信号进行变标函数相乘，得到变标信号；
距离傅里叶变换单元，用于对所述变标信号进行距离向傅里叶变换，得到两维频域信号。
8.根据权利要求6所述的基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计系统，其特征在于，所述校正模块包括：
初级校正单元，用于对所述两维频域信号进行距离压缩和距离徙动校正，得到初级校正后的两维时域信号；
距离逆傅里叶变换单元，用于对所述初级校正后的两维时域信号进行距离逆傅里叶变换得到第一校正后的两维时域信号；
方位逆傅里叶变换单元，用于对所述第一校正后的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换得到第二校正后的两维时域信号。
9.根据权利要求8所述的基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计系统，其特征在于，所述方位向滤波模块包括：
函数构建单元，用于构建方位匹配滤波函数；
初级方位向匹配滤波两维时域信号获取单元，用于根据所述匹配滤波函数与所述第一校正后的两维时域信号得到初级方位向匹配滤波的两维时域信号；
方位向匹配滤波两维时域信号获取单元，用于对所述初级方位向匹配滤波的两维时域信号进行方位逆傅里叶变换，得到方位向匹配滤波的两维时域信号。
10.根据权利要求8所述的基于能量中心提取的单通道SAR舰船速度估计系统，其特征在于，所述实际观测位置确定模块包括：
包络提取单元，用于对所述第二校正后的两维时域信号进行时域包络提取，得到时域包络；
峰值提取单元，用于提取所述时域包络的天线方向图调制峰值，得到实际观测距离。
CN201910968037.6A 2019-10-12 2019-10-12 基于能量中心提取的单通道sar舰船速度估计方法及系统 Active CN110988873B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910968037.6A CN110988873B (zh) 2019-10-12 2019-10-12 基于能量中心提取的单通道sar舰船速度估计方法及系统

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201910968037.6A CN110988873B (zh) 2019-10-12 2019-10-12 基于能量中心提取的单通道sar舰船速度估计方法及系统

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN110988873A CN110988873A (zh) 2020-04-10
CN110988873B true CN110988873B (zh) 2023-02-24

Family

ID=70081887

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201910968037.6A Active CN110988873B (zh) 2019-10-12 2019-10-12 基于能量中心提取的单通道sar舰船速度估计方法及系统

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN110988873B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112379344B (zh) * 2020-11-09 2024-04-02 中国科学院电子学研究所 信号补偿方法及装置、设备、存储介质
CN114488054B (zh) * 2021-12-15 2024-05-21 重庆大学 一种计算高效的合成孔径雷达地面运动目标聚焦方法
CN115166714B (zh) * 2022-09-06 2022-12-06 中国科学院空天信息创新研究院 单通道sar运动舰船二维速度估计与重定位方法及装置

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2746804A2 (en) * 2014-01-03 2014-06-25 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences Method, device, and system for compensating synchronization error
CN106443671A (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 西安电子科技大学 基于调频连续波的sar雷达动目标检测与成像方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP2746804A2 (en) * 2014-01-03 2014-06-25 Institute of Electronics, Chinese Academy of Sciences Method, device, and system for compensating synchronization error
CN106443671A (zh) * 2016-08-30 2017-02-22 西安电子科技大学 基于调频连续波的sar雷达动目标检测与成像方法

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
一种单通道SAR对多个地面动目标定位的方法;易航等;《计算机仿真》(第06期);全文 *

Also Published As

Publication number Publication date
CN110988873A (zh) 2020-04-10

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN110988873B (zh) 基于能量中心提取的单通道sar舰船速度估计方法及系统
CN109856635B (zh) 一种csar地面动目标重聚焦成像方法
CN111077524B (zh) 一种sar-gmti动目标重定位改进方法
CN108469608B (zh) 一种运动平台雷达多普勒质心精确估计方法
CN104749570B (zh) 一种移不变机载双基合成孔径雷达目标定位方法
CN107271997B (zh) 机载多通道cssar地面运动目标运动参数估计方法
CN104297740B (zh) 基于相位分析的雷达目标多普勒谱估计方法
CN103364783B (zh) 基于单通道sar的运动目标径向速度无模糊估计方法
CN104950307B (zh) 一种机载三通道sar‑gmti的精确定位方法
CN102998672A (zh) 基于相干化处理的步进频率isar成像方法
CN108776342A (zh) 一种高速平台sar慢速动目标检测与速度估计方法
CN114545411B (zh) 一种基于工程实现的极坐标格式多模高分辨sar成像方法
CN103616687A (zh) 分段线性估计的多项式拟合isar包络对齐方法
CN102121990B (zh) 基于空时分析的逆合成孔径雷达的目标转速估计方法
CN104166134A (zh) 一种实波束前视扫描雷达目标二维定位方法
CN105572668B (zh) 一种基于Radon变换的运动目标径向速度估计方法
CN110824473B (zh) 一种基于子空间的高分辨宽测绘带sar-gmti杂波抑制方法
CN109799502B (zh) 一种适用于滤波反投影算法的两维自聚焦方法
CN105572648B (zh) 一种合成孔径雷达回波数据距离徙动校正方法和装置
Dai et al. High accuracy velocity measurement based on keystone transform using entropy minimization
CN112904339B (zh) 斜距历程与航向交点表征的双基前视sar成像方法
CN104459651B (zh) 机载sar-gmti系统等效基线长度估计方法
CN108020835B (zh) 一种星载合成孔径雷达sar地面运动目标指示gmti的强杂波抑制方法及装置
CN107271996B (zh) 一种机载cssar地面运动目标成像方法
CN106772373B (zh) 针对任意地面运动目标的sar成像方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant