基于距离像复包络相位匹配处理的空间进动目标成像方法

1.一种基于距离像复包络相位匹配处理的空间进动目标成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：构造自适应高速运动匹配滤波器，实现联合高速运动补偿和脉冲压缩基于宽带直采回波的匹配滤波脉冲压缩处理，可以较好地保持回波的相干性，有利于微动目标的平动补偿；因此对于雷达观测的空间进动目标，考虑对回波进行匹配滤波脉冲压缩接收方法，具体步骤如下：S1.1对回波进行高速运动补偿，消除一维距离像的平移对于空间目标而言，往往存在高速平动，此时目标不再满足“走-停”模型，回波瞬时距离会随快时间发生变化；高速运动会造成回波一维距离像发生畸变，其谱峰发生分裂和展宽，从而对后续的目标成像产生严重影响，因此先要对回波进行高速运动补偿；根据雷达成像原理以及点散射模型，目标相对雷达的运动可以分解为目标主体的平动以及目标围绕自身的微运动；假设目标由Num_Scatter个散射中心构成，目标相对雷达的径向速度为v，第k个散射中心与雷达的瞬时距离可表示为其中 为平动部分，R Rot (t m )＝r k (t m )为微运动部分，R 0 为初始时刻目标到雷达的距离，t m 为脉冲慢时间， 为脉冲内快时间，r k (t m )为第k个散射中心的微运动分量，k＝1,2，…，Num_Scatter；同时，根据高速运动和非高速运动区分，公式(1)可以写为其中R k (t m )＝R 0 +vt m +r k (t m )为非高速运动部分， 为高速运动部分；当目标存在速度项时，雷达接收到的回波信号可写成：其中σ k 为后向散射系数，f c 为雷达载频，γ为调频率，T p 为脉冲宽度；将公式(2)带入公式(3)，可得构造平移补偿因子如下：利用该补偿因子对回波信号进行补偿可以消除一维距离像的平移：S1.2：构造带有速度项的匹配滤波器 减小匹配滤波器失配带来的一维距离像畸变匹配滤波处理回波数据的一维距离像畸变主要是由于滤波器的失配所引起的，为减小匹配滤波器失配带来的一维距离像畸变，根据目标运动速度自适应调整匹配滤波器的参数，而目标运动速度的估计值可从窄带跟踪系统中获得；根据窄带跟踪系统中目标速度参数自适应改变匹配滤波器的参数，构造带有速度项的匹配滤波器 如下：其中 S1.3：对回波信号进行匹配滤波，消除一维距离像的展宽效应利用该滤波器对回波信号进行匹配滤波，可以消除一维距离像的展宽效应，得到目标的单帧一维距离像如下：S2：基于运动参数估计的快时间频域联合平动补偿基于匹配滤波脉冲压缩处理，回波脉压时直接使用发射信号的复共轭作为匹配处理信号，因此不会在回波信号中引入平动误差，回波信号能够更好的保留目标的运动信息；但是由于目标平动影响，即使采用匹配滤波对回波进行脉冲压缩处理，宽带回波一维距离像的旋转中心在距离-慢时间域上并未对齐，这对后续的目标成像将带来不利，必须将回波平动分量补偿掉，具体步骤如下：S2.1：对一维距离像进行傅里叶变换，得到目标快时间频域回波对式(8)在快时间维进行傅立叶变换，可得：其中：可以看出，回波快时间频域的相位由 三部分组成：第一项 由目标的初始位置决定，不存在快时间频率与慢时间的耦合，其只会使回波距离像整体搬移；第二项 由目标的平移运动决定，存在快时间频率与慢时间的耦合，会造成时域的包络走动与多普勒相位调制且对成像无意义，需要补偿掉；第三项 由目标的旋转运动决定，存在快时间频率与慢时间的耦合，会造成时域的包络走动与多普勒相位调制，对成像有意义，需要保留；S2.2进行目标运动参数估计，针对每个快时间频点f，进行频域联合运动补偿假设对目标的速度估计为 对于每个快时间频点f，可以通过乘以一定的补偿因子消去由目标平动所造成的快时间频率与慢时间耦合，达到联合补偿的效果，补偿因子项如下：对补偿后的回波忽略其初始位置决定的固定相位项，则结果可以表示为：S2.3对快时间频域回波进行逆傅里叶变换，得到目标补偿后的一维距离像将补偿后的回波变回到快时间时域，回波的包络走动和多普勒相位同时被消除，即同时实现了包络对齐和相位补偿：此时，目标变成转台模型，其回波变化仅与目标转动相关：对于小转角目标，回波包络在距离-慢时间域上会对齐成一条直线，对于快速旋转的目标回波包络会在距离-慢时间域上呈现出正弦曲线的特征；S3：基于一维距离像复包络相位匹配处理的二维成像通过高速运动补偿和平动补偿，目标回波已经转化成转台模型下的一维像，进一步通过转动分析获取目标的二维像，因此这一步提出基于一维距离像复包络相位匹配处理的方法，实现二维图像的良好聚焦，具体步骤如下：S3.1目标一维距离像合成表示通过步骤S2得到了目标一维距离像的统一表示，进一步可得到包含非自旋对称部件的目标的合成回波一维距离像为：其中P和Q分别表示目标主体和非自旋对称部件散射点的个数，σ p 和σ q 分别表示散射点p和q的后向散射系数，r p (t m )表示仅受锥旋运动影响的目标主体散射点相对于雷达的径向距离变化，r q (t m )表示进动所造成的目标非自旋对称散射点相对于雷达的径向距离变化；S3.2散射点微动径向距离计算目标二维成像分析是在微运动的分析，即r(t m )的变化，针对坐标为[x,y,z] T 的散射点进行分析；若其为目标主体散射点，则其相对雷达的径向距离t m 时刻可统一表示为：其中K(t m )＝sinβsinθ N sinΩ c t m +cosβcosθ N ，Ω c 表示锥旋速度的大小，β为雷达视线到进动轴间的夹角，θ N 为进动角大小；而若其为非自旋对称部件散射点，则其相对雷达的径向距离在t m 时刻可统一表示为：其中Ω s 表示自旋速度的大小；S3.3距离像复包络相位匹配处理设g(r,t m )为一维距离像序列中随慢时间变量t m 和距离刻度变量 r 连续变化的函数，ξ＝(y,z)表示一个参数平面中的二维向量，则广义Radon变换可表示为：其中，T表示成像积累时间，r min 、r max 分别表示目标区域的最小距离和最大距离，r＝Φ(t m ；ξ)表示广义Radon变换的曲线积分路径；为实现目标主体散射点的回波能量有效积累，Φ(t m ；ξ)取值为：由于非旋转对称部件散射点运动规律具有自旋和锥旋耦合运动特性，在经过广义Radon变换的曲线积分时，其回波部分能量经过累积会形成虚假的尖峰；为抑制非自旋对称部件能量带来的干扰，可通过对广义Radon变换积分曲线上的复包络乘以相位函数后积分，对复包络进行相位匹配处理的积分函数可表示为：式中积分路径为 因此相位匹配处理采用的函数为积分后， 将在参数域坐标上ξ＝(y,z)处得到一尖峰，即成像复数据；S3.4积分结果归一化对积分结果 的复数据进行归一化处理即得到目标的二维成像结果。 2.一种根据权利要求1所述基于距离像复包络相位匹配处理的空间进动目标成像方法，其特征在于：S3.1的回波模型同时也适应于自旋对称的光滑进动目标，当进动目标自旋对称，此时目标不包含非自旋对称部件，取Q＝0。