[发明专利]一种基于SBRIM的多重叠动目标位置与速度估计方法

权利要求书

1.一种基于SBRIM的多重叠动目标位置与速度估计方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1、初始化机载多通道SAR系统参数

初始化机载多通道SAR系统参数包括：多通道SAR系统天线阵列的通道数目，记为M；天线阵列的编号，记为1，…，M，其中第1个天线阵元同时发射和接收信号，其余天线阵元只接收信号；天线之间的间距，记为d；雷达平台飞行速度，记为v_a；发射波束斜视角，记为θ_q；发射波束下视角，记为α；雷达发射信号载频，记为f_c；雷达发射信号的调频斜率，记为f_dr；雷达系统的脉冲重复频率，记为PRF；雷达发射信号带宽，记为B_r；电磁波在空气中的传播速度，记为C；距离向快时刻，记为t，t＝1，2，…，T，T为距离向快时刻总数；方位向慢时刻，记为l，l＝1，2，…，K，K为方位向慢时刻总数；根据SAR成像系统方案和观测方案设计，SAR成像方法需要的参数均为已知。

步骤2、初始化机载多通道SAR的观测场景目标空间参数

初始化机载多通道SAR的观测场景目标空间参数包括：场景中心位置矢量，记为P_center；以雷达波束照射区域地平面和垂直于该地平面向上的单位向量所构成的空间直角坐标系作为机载多通道SAR的观测场景目标空间，记为Ω，其中Ω中有Q_x×Q_y像素，Q_x为观测场景目标空间在距离向的像素数，Q_y为观测场景目标空间在方位向的像素数；将观测场景目标空间Ω均匀划分为大小相等的单元网格，称为分辨单元，d_x为分辨单元在距离向的长度，d_y为分辨单元在方位向的长度，分辨单元的大小为机载多通道SAR系统传统理论成像分辨率；观测场景目标空间的距离向宽度记为W_z；观测场景目标空间的方位向宽度记为W_y，Q＝Q_x×Q_y为平面维成像空间单元网格总数；距离向、方位向构成平面成像空间，在平面成像空间上第q个元素的位置，记为其中q_x＝1，2，…，Q_x，q_y＝1，2，…，Q_y，场景中心位置的坐标记为P_center，P_center(1)为场景中心位置距离向横坐标，P_center(2)为场景中心位置方位向纵坐标；本发明所需要的机载多通道SAR的观测场景目标空间参数均为已知。

步骤3、生成斜视多通道SAR原始回波数据

在多基线SAR的第m个通道中，第l个方位向慢时刻和第t个距离向快时刻的原始回波数据记为s(t，l，m)，其中原始回波数据距离向快时刻的下标记为t，t＝1，2，…，T，T为步骤1中初始化得到的距离向快时刻总数；原始回波数据方位向慢时刻的下标记为l，l＝1，2，…，K，K为步骤1中初始化得到的方位向慢时刻总数；通道的编号记为m，m＝1，2，…，M，M为步骤1中初始化得到的天线阵列的通道数目；在多通道合成孔径雷达实际成像中，原始回波数据s(t，l，m)，t＝1，2，…，T，l＝1，2，…，K，m＝1，2，…，M，由数据接收机提供。

步骤4、BP成像处理和VSAR杂波抑制与动目标检测

采用定义3中的标准BP成像算法对步骤3中得到的原始回波数据s(t，l，n)，t＝1，2，…，T，l＝1，2，…，K，m＝1，2，…，M进行成像处理，得到M幅SAR图像，其中T为步骤1中初始化得到的距离向快时刻总数，K为步骤1中初始化得到的方位向慢时刻总数，M为步骤1中初始化得到的天线阵列的通道数目。

对M幅SAR图像中的每个像素点沿着天线阵列方向作定义11所述的M点离散傅里叶变换(DFT)处理，得到多通道VSAR图像；

在多通道VSAR图像中，静止目标对应的速度频率为0；将多通道VSAR图像中0频部分置0，得到静止杂波和慢动杂波抑制处理之后的结果；

对置0后的多通道VSAR图像沿着天线阵列方向做定义12所述的离散傅里叶逆变换(IDFT)处理，得到静止杂波和慢动杂波抑制后的SAR图像，也就是只含有动目标的SAR图像。

步骤5、构建观测信号

采用公式计算得到同一分辨单元内多个动目标重叠的沿着天线阵列向的信号T，信号T作为当前分辨单元的观测信号，其中，表示向量转置，K为在当前分辨单元中可能的动目标重叠的数量，f为动目标所在分辨单元在多幅SAR图像域中沿阵列向的信号所包含的速度频率，A_k表示第k个动目标的幅度信息。

步骤6、构建测量矩阵

采用公式计算，得到测量矩阵，记为Φ，其中M为天线阵列数量，f_k为第k个动目标的速度频率；

采用公式γ＝[A₀，A₁，…，A_K-1]^T，计算得到需要重构的速度谱γ，其中A_k表示第k个动目标的幅度信息；在重构后的速度谱中，如果A_k≤ξ，表示动目标不存在，否则(即A_k＞ξ时)，动目标存在，其中ξ→0。

步骤7、参数初始化

采用公式计算，得到初始化的速度谱，记为其中上标0表示第0步迭代，T为步骤5中描述的多重叠动目标所在分辨单元的多通道信号，表示观测信号；初始化迭代次数q为0；

采用∑⁽⁰⁾＝I，计算得到初始化协方差矩阵为单位矩阵，其中∑⁽⁰⁾为协方差矩阵，I为单位矩阵；

初始化正则化参数λ和p、平滑因子η、误差门限ε、最大迭代次数Q、噪声功率

步骤8、计算对角矩阵

采用公式计算得到第q步迭代的对角矩阵，记为A^(q)，其中k＝1，2，…，K，p为步骤7中初始化的正则化参数，q为当前迭代次数，η为步骤7中初始化的平滑因子。

步骤9、更新速度谱

采用公式计算得到第q步迭代的速度谱，记为其中λ为步骤7中初始化的正则化参数，为第q-1次迭代(也就是上次迭代)的噪声功率，Φ^H为对矩阵Φ进行定义5中描述的共轭转置。

步骤10、更新噪声功率

采用公式计算得到第q步迭代的噪声功率其中T为步骤5中所述的当前分辨单元的观测信号，Φ为步骤6中所述的测量矩阵，为步骤9中得到的第q步迭代的速度谱，q为当前迭代次数，M为步骤1中初始化得到的天线阵列的通道数目。

步骤11、迭代判定

采用公式计算得到迭代判定值c；

如果迭代判定值c＞ε并且q＜Q，即迭代判定值c大于误差门限ε，并且迭代次数q小于等于最大迭代次数Q，则将迭代次数q增加1，然后重复步骤8～步骤11，进行下一轮的迭代计算；

否则，迭代计算结束，执行步骤12，进行迭代输出；

其中为第q步迭代的速度谱，为第q-1步迭代的速度谱，ε为步骤7中初始化的误差门限，Q为步骤7中初始化的最大迭代次数。

步骤12、迭代输出

将迭代结束的作为估计的速度谱采用定义10中的传统谱峰搜索方法，对估计的速度谱进行谱峰搜索，得到动目标的归一化速度频率估计值

采用公式计算，得到方位向偏移，记为Δx；

采用公式计算，得到径向速度估计值，记为

采用公式计算，得到动目标方位向真实位置估计值，记为

采用公式计算，得到动目标距离向真实位置估计值，记为

至此，我们完成了基于SBRIM的多重叠动目标位置估计与速度估计。