基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法及装置

1.基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，包括：(1)对原始雷达回波信号进行子孔径划分，得到多通道原始回波信号；(2)对各通道原始回波信号在距离和方位维进行二维压缩得到各通道的距离-多普勒域回波；(3)基于各通道的距离-多普勒域回波在距离-多普勒域进行预处理，所述预处理包括多通道配准、杂波抑制，得到预处理之后的距离-多普勒域回波；(4)基于预处理之后的距离-多普勒域回波，提取运动目标的相位历史和包络，估计运动目标的径向速度；(5)运动目标相位历史的相位参数耦合了载机位置以及运动目标的运动信息，采用极大似然算法估计提取的相位历史中的各阶相位参数；(6)基于各阶相位参数与运动参数之间的关系，采用高斯牛顿法对运动参数进行解耦，得到运动目标的运动参数；(7)基于运动目标的运动参数得到粗糙的运动轨迹重构结果；(8)对运动目标的粗糙运动轨迹进行分段，利用高斯牛顿法将提取的包络对各分段的粗糙运动轨迹进行解耦，得到各分段的运动目标精确的重构位置；(9)将每一段运动轨迹中运动目标的重构位置进行拼接，得到完整的运动轨迹重构结果。 2.如权利要求1所述的基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，所述步骤(2)回波包括以下步骤：对各通道原始回波信号进行距离脉压和距离向快速傅里叶变换，得到运动目标的回波基频信号：s e (r,t m )＝σg e sinc{2B[r-R e (t m ；r p )]/c}·exp[-j4πf c R e (t m ；r p )/c]其中，σ代表回波的幅度，g e 代表每一个通道的双向天线方向图；B，f c 和c分别代表回波的带宽，载频以及光速；r代表斜距单元，t m 代表慢时间；r p 代表运动目标的实际位置；R e (t m ；r p )代表载机到目标的斜距；j代表虚数单位；exp(·)代表以自然数e为底的指数操作；将各通道原始回波信号在方位维作快速傅里叶变换实现方位压缩，得到距离-多普勒域回波。 3.如权利要求1所述的基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，所述步骤(3)中，杂波抑制效果与空间自由度成正比。 4.如权利要求1所述的基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，所述步骤(5)包括以下步骤：将R(t m ；r p )在子孔径中心t m ＝t k 处泰勒展开：其中R(t m ；r p )为运动目标距离载机的斜距，所述斜距耦合了载机位置以及运动目标的运动信息；R′(t k ；r p )，R″(t k ；r p )，R″′(t k ；r p )，R″″(t k ；r p )以及o(t m ；r p )分别代表相位历史的一次，二次，三次，四次以及高次泰勒展开系数；此时，运动目标的回波表达式可以表示为上式将相位历史估计转化为多项式相位参数估计，所述多项式相位参数可展开成由多个相位参数相加的形式，采用极大似然算法估计得到多项式的相位参数。 5.如权利要求4所述的基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，所述步骤(6)包括以下步骤：利用相位历史的二次、三次泰勒展开系数R″(t k ；r p )、R″′(t k ；r p )，采用高斯牛顿法的改进算法对运动参数进行解耦，首先建立如下所示的运动参数估计模型其中，r a,i ，v a,i 和θ k,i 分别代表第i个子孔径中载机的飞行半径，速度以及方位角，通过机载GPS获取；x pk,i 、y pk,i 分别代表运动目标的x坐标位置、y坐标位置； 代表第i个子孔径估计的运动目标的径向速度；将上述运动参数估计模型转换为最小二乘问题，得到运动目标的运动参数：其中x i 代表目标在子孔径i内的运动参数。 6.如权利要求5所述的基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，根据x i 得到运动目标的运动参数为：其中， 分别为运动目标的x方向速度、运动目标的y方向速度； 分别为运动目标的x方向加速度、运动目标的y方向加速度。 7.如权利要求1所述的基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，所述步骤(7)包括：根据估计得到运动目标的运动参数重构运动目标粗糙的运动轨迹其中，x pk,1 、y pk,1 分别代表运动目标的初始x坐标位置、初始y坐标位置。 8.如权利要求1所述的基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，所述步骤(4)中提取运动目标的包络包括以下步骤：提取回波的包络信息，假设回波沿方位向右M个单元r e ＝[r e (1)r e (2)...r e (M)]其中r e 代表回波的完整包络历史；通过提取距离剖面中峰值位置回波的相位，根据相位与距离的转换关系，能够得到包络历史其中Angle[·]代表相位提取，λ代表波长，s(r,t m )代表距离剖面中峰值位置的回波信号。 9.如权利要求1所述的基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构方法，其特征在于，所述步骤(8)包括：采用分段方法对运动目标的运动状态进行建模，l crs 为上一步得到的粗糙轨迹；l ideal 为实际轨迹，l plane 为平台轨迹；运动轨迹根据时间变化均匀划分为K段，其中每段包含慢速时间单元Q＝M/K；每个子段记为l crs,1 ,l crs,2 ,...,l crs,k ,...,l crs,K ，对应的平台轨迹记为l plane,1 ,l plane,2 ,...,l plane,k ,...,l plane,K ；l crs,k 和l plane,k 可以表示为:在第k个分段中，目标匀速运动；定义匀速直线运动的起始位置(x k ,y k )和速度(v x,k ,v y,k )，则定义匀速直线运动下的目标状态变量x k 表示如下x k ＝[x k ,y k ,v x,k ,v y,k ] T基于上述目标状态变量，测量方程为r k ＝||l plane,k -l k || 2其中l k 表示运动状态x k 下的运动轨迹，其中Δt m 表示慢时间时间间隔；建立第一个表达式g 1 (x k )＝r k -r e,k其中r e,k ＝r e | m∈[1+(k-1)Q,kQ] ；在每个子段的连接中，引入预测机制，计算子段k-1结束后时间单位n p 内的目标运动趋势，作为在子段k内前n p 个时间单位内的已知轨迹，其中，l pre,k 为子段k-1结束后时间单位n p 内的目标运动趋势；并建立第二个关系式在测量方程中引入粗糙轨迹提供的目标位置信息和速度信息，目标位置信息为g 3 (x k )＝||l crs,k -l k || 2根据目标速度信息建立方程为利用上面建立的方程，将求解运动目标状态参数的问题转化为最小二乘问题采用高斯牛顿法求解上述最小二乘问题，得到目标在各个轨迹段的状态。 10.基于高斯牛顿法的广角凝视SAR动目标轨迹重构装置，其特征在于，包括：原始回波处理模块，用于对原始雷达回波信号进行子孔径划分，得到多通道原始回波信号；对各通道原始回波信号在距离和方位维进行二维压缩得到各通道的距离-多普勒域回波；基于各通道的距离-多普勒域回波在距离-多普勒域进行预处理，所述预处理包括多通道配准、杂波抑制，得到预处理之后的距离-多普勒域回波；参数获取模块，基于预处理之后的距离-多普勒域回波，提取运动目标的相位历史和包络，估计运动目标的径向速度；运动目标相位历史的相位参数耦合了载机位置以及运动目标的运动信息，采用极大似然算法估计提取的相位历史中的各阶相位参数；基于各阶相位参数与运动参数之间的关系，采用高斯牛顿法对运动参数进行解耦，得到运动目标的运动参数；位置重构模块，基于运动目标的运动参数得到粗糙的运动轨迹重构结果；对运动目标的粗糙运动轨迹进行分段，利用高斯牛顿法将提取的包络对各分段的粗糙运动轨迹进行解耦，得到各分段的运动目标精确的重构位置；轨迹重构模块，用于将每一段运动轨迹中运动目标的重构位置进行拼接，得到完整的运动轨迹重构结果。