[发明专利]一种逆合成孔径雷达的目标转速估计方法

说明书

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，更具体地，本发明涉及一种逆合成孔径雷 达的目标转速估计方法。

背景技术

逆合成孔径雷达(ISAR)可以提供非合作运动目标(例如飞机、舰船) 的二维图像，增强后续的目标识别能力。ISAR通过发射宽带信号提供沿雷 达视线方向(距离向)的高分辨能力；通过对雷达和目标之间相对视角的 变化进行相干积累，提供横向分辨能力。当所成图像积累的目标视角变化 较小时，采用高效的FFT处理可获得目标的距离-多普勒(RD)图像。

由于ISAR通常针对非合作目标成像，因此，目标等效转动的估计(即 雷达和目标之间相对视角的变化)非常重要，这是因为存在下述两个方面 的需求：首先，ISAR图像定标的需要。虽然ISAR所成图像的距离向分辨 率取决于雷达发射信号的带宽，其通常是一个已知量；但是图像的横向分 辨率取决于相干积累时间内相对视角的变化量，对于非合作目标成像而言， 通常是未知的。只有对该视角变化量进行准确的估计，才能够对ISAR图像 的横向进行定标，用于后续目标识别。其次，ISAR成像运动补偿的需要。 当成像所积累视角变化较大时，可能出现跨分辨单元徙动(MTRC)问题， 引起图像模糊；同时，当存在非匀速的目标转动时，也会产生图像散焦等 问题，这些都需要根据目标的转动信息进行转动补偿，提高成像质量。

现有的ISAR转动估计的典型方法主要有轨迹拟合法、图像质量法和特 显点跟踪法。轨迹拟合法通过窄带雷达提供的目标跟踪数据，计算运动目 标相对雷达的视角变化，估计精度通常较低。图像质量法采用图像评价函 数来优化未知的转角参数，当该图像评价函数获得极值时(此时图像的聚 焦效果最好)，获得相应的转角估计，由于此类方法需要在解空间内进行反 复搜索，每一次搜索都需要复杂的成像处理，例如极坐标格式成像、卷积 逆投影成像，计算量较大。

特显点跟踪法需要跟踪目标上至少三个不同的孤立散射点，此类方法 将目标上的回波信号近似为线性调频信号(LFM)，通过估计LFM的起始频 率和调频率，并结合三个散射点所在的距离向位置信息，从而完成平动补 偿、转动补偿和转角估计，该类方法的优点是可以补偿雷达相对于目标的 匀加速转动影响，其主要问题是在实际情况中难以找到稳定可靠的高质量 孤立散射点。

当雷达和目标之间的相对转动可视为匀速转动时，产生了两种新的特 显点跟踪法。一种方法仍将散射中心的回波信号近似为LFM信号，由于在 匀速转动的情况下，同一距离单元内的LFM信号具有相同的调频率，通过 计算不同距离单元回波信号的模糊函数，并采用Radon变化法检测LFM的 调频率，就能获得目标与雷达之间相对转动速度的估计，结合相干积累的 时间，就可以完成转角估计和横向定标工作。该方法需要计算模糊函数和 Radon变换，计算量较大，且调频率的估计受模糊函数交叉项的影响较大， 精度有限。另一种方法则需要分析回波信号的高阶相位系数，在匀速转动 的情况下，散射点回波的三次相位系数和一次相位系数(多普勒频率)之 间存在简单的正比例关系，且比例系数就是旋转角速度的平方，通过对高 阶相位系数进行搜索，可以获取关于旋转角速度的最大似然估计。该方法 需要对相位系数进行高维搜索，计算量较大。

这些特显点跟踪法还具有一个共同的局限：对目标回波信号的分析都 是针对距离单元内的回波进行的，而散射点回波驻留在同一距离单元内的 时间有限(特别是对于高分辨雷达)；因而，信号的高阶相位系数通常很 小，参数提取困难，参数提取的计算量较大，精度较低。

发明内容

为克服现有技术中逆合成孔径雷达目标转动估计计算量大、精度低的 缺陷，本发明提出一种逆合成孔径雷达的目标转速估计方法。

根据本发明的一个方面，提供了一种逆合成孔径雷达的目标转速估计 方法，包括：

步骤10)、根据接收到的回波数据，获取逆合成孔径雷达的距离-多普 勒图像序列；在所述图像序列中的每幅图像上提取相应散射中心的位置进 行关联；

步骤20)、对所述每幅图像中关联的相应至少两个散射中心位置进行 组合，获得由散射中心位置构成的斜率及斜率变化记录；

步骤30)、对所述斜率变化记录进行多项式拟合，根据拟合的多项式 系数和目标转动估计公式估计目标转速。