[发明专利]一种从雷达原始数据中提取运动参数做干涉测量的方法

摘要

本发明涉及一种从雷达原始数据中提取运动参数做干涉测量的方法，其包括以下步骤：1)根据参数解算方法从雷达原始数据中提取成像有关的参数，其具体包括有效速度、前向加速度和方位向的位移、原始数据的实部和虚部顺序以及原始数据的Chirp调频率；2)根据提取的成像有关的参数，采用传统距离多普勒或Chirp Scaling聚焦方法对两幅有重叠的雷达原始数据分别成像，生成聚焦后的单视复数图像；3)采用干涉测量方法将步骤2)中得到的单视复数图像生成数字高程图，完成测量。本发明仅需使用从雷达原始数据提取的参数即可进行聚焦和干涉测量，并达到干涉测量的精度要求。本发明可以广泛应在雷达信号处理领域中应用。

主权项

一种从雷达原始数据中提取运动参数做干涉测量的方法，其包括以下步骤：1)根据参数解算方法从雷达原始数据中提取成像有关的参数，其具体包括有效速度、前向加速度和方位向的位移、原始数据的实部和虚部顺序以及原始数据的Chirp调频率；2)根据提取的成像有关的参数，采用传统距离多普勒或Chirp Scaling聚焦方法对两幅有重叠的雷达原始数据分别成像，生成聚焦后的单视复数图像；3)采用干涉测量方法将步骤2)中得到的单视复数图像生成数字高程图，完成测量；所述步骤1)中，所述参数解算包括以下步骤：(1)将原始数据进行距离傅里叶变换；(2)将步骤(1)中距离傅里叶变换的结果数据与距离匹配滤波器进行卷积运算；(3)将步骤(2)中卷积运算的结果进行距离傅里叶逆变换，完成距离向压缩；(4)将步骤(3)中经过距离向压缩后的结果进行方位傅里叶变换；(5)将经过方位傅里叶变换的结果数据与方位匹配滤波器进行卷积运算，根据卷积运算结果分别执行步骤(6)和步骤(9)；(6)将步骤(5)中的卷积运算的结果进行方位傅里叶逆变换，完成方位向压缩，得到单视复数图像；(7)根据单视复数图像确定原始数据的实部和虚部的顺序；(8)根据原始数据的实部和虚部顺序确定原始数据的信号调频率正负号；(9)将步骤(5)中的卷积运算结果，采用符号多普勒估计算法估计出多普勒中心；使用改进的图像漂移算法，调整方位匹配滤波器的值，提取出多普勒调频率；(10)基于步骤(9)提取出的多普勒中心和多普勒调频率，计算出飞行器平均速度v为：$v=\sqrt{{(f_{dc}\mathrm{\λ}/2)}^2-(k_a{R}_{ref}\mathrm{\λ}/2)},$其中，v为飞行器平均速度；f_dc为多普勒中心、λ为信号波长、R_ref为参考距离；k_a是方位向调频率；(11)若飞行器前向速度或方位向的位移随时间变化，则基于步骤(9)提取的多普勒调频率，分离出飞行器前向加速度和方位向的位移；所述步骤(7)中，采用以下距离匹配滤波器和方位匹配滤波器来判断原始数据的实部和虚部的顺序：正常的距离匹配滤波器为：${\mathrm{sref}}_r\left(\hat{t}\right)=\exp (-{\mathrm{j\πk}}_r{\hat{t}}^2)---\left(1\right)$正常的方位匹配滤波器为：${\mathrm{sref}}_a(t_m;R_B)=\exp (-{\mathrm{j\πk}}_a{t}_m^2)---\left(2\right)$相反的距离匹配滤波器为：${\mathrm{sref}}_r\left(\hat{t}\right)=\exp (-j\mathrm{\π}(-k_r\left){\hat{t}}^2\right)---\left(3\right)$相反的方位匹配滤波器为：${\mathrm{sref}}_a(t_m;R_B)=\exp (-j\mathrm{\π}(-k_a\left)t_m^2\right)---\left(4\right)$式中，exp(.)为自然常数e的(.)次方；k_r和k_a分别是距离向和方位向调频率；和t_m分别为距离向快时间和方位向慢时间；R_B为成像点到航线的垂直距离；判定实部和虚部顺序的规则如下：若使用公式(1)和(2)对原始数据聚焦，可获得比较清晰的图像；那么，实部和虚部的顺序是正常的，即实部在虚部之前；若使用公式(3)和(4)对原始数据聚焦，可获得比较清晰的图像；那么，实部和虚部的顺序是不正常的，即实部在虚部之后；所述步骤(8)中，根据方位匹配滤波器的调频率必须为负值，方位向匹配滤波器只有公式(2)是正确的，因此，确定原始数据的信号调频率正负号规则如下：若使用公式(1)和(2)对原始数据聚焦，可获得比较清晰的图像；那么，原始数据的信号调频率一定是k_r；若使用公式(3)和(4)对原始数据聚焦，可获得比较清晰的图像；那么，原始数据的信号调频率一定是‑k_r；所述步骤(11)中，飞行器前向加速度和方位向的位移的分离方法如下：首先，根据已知的k_a、用线性拟合的方式，分离出斜率A(t_m)和常数项B(t_m)：$k_a(t_m,R_B)=A\left(t_m\right)\frac{1}{R_B}+B\left(t_m\right),k_a(t_m,R_B)=A\left(t_m\right)\frac{1}{R_B}+B\left(t_m\right)$其中：$\left\{\begin{array}{c}A\left(t_m\right)=-\frac{2}{\mathrm{\λ}}{V}_F^2\left(t_m\right)\\ B\left(t_m\right)=-\frac{2}{\mathrm{\λ}}{a}_R\left(t_m\right)\end{array}\right.;$其次，根据斜率A(t_m)和常数项B(t_m)，求出前向瞬时速度V_F(t_m)和方位向加速度a_R(t_m)：$V_F\left(t_m\right)=\sqrt{-\frac{\mathrm{\λ}}{2}\left(A\right(t_m\left)\right)},$$a_R\left(t_m\right)=-\frac{\mathrm{\λ}}{2}B\left(t_m\right);$最后，求出前向加速度和方位向的位移：前向加速度为前向瞬时速度的一次倒数，方位向的位移为方位向加速度的一次积分。