一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)目標(biāo)特征識(shí)別技術(shù)，特別涉及一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度 補(bǔ)償方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR)成像技術(shù)是在合成孔徑雷達(dá)技術(shù)上發(fā)展起來的。ISAR成 像系統(tǒng)為雷達(dá)靜止、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的成像系統(tǒng)，不同于傳統(tǒng)雷達(dá)，ISAR是一種高分辨率成像雷 達(dá)，能夠遠(yuǎn)距離獲得非合作運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精確圖像。
[0003] ISAR成像技術(shù)作為一種有價(jià)值的探測手段在過去的幾十年里得到了廣泛的重視。 太空中分布著大量處于工作狀態(tài)的在軌航天器，此外還有數(shù)量巨大的空間碎片、隕石以及 失效航天器等，對這些目標(biāo)的成像是空間探測的重要內(nèi)容。但迄今為止的ISAR技術(shù)的研究 主要集中在速度較低的空中目標(biāo)（如飛機(jī)等），對速度更高的空間軌道目標(biāo)的ISAR成像的 研究還較少。
[0004] 空間目標(biāo)與傳統(tǒng)ISAR成像對象的顯著區(qū)別是目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度很高，比傳統(tǒng)目標(biāo)的 運(yùn)動(dòng)速度提高了一個(gè)數(shù)量級，使得目標(biāo)距離像產(chǎn)生模糊和畸變，進(jìn)而引起ISAR圖像徑向散 焦，因此對空間目標(biāo)成像必須考慮高速運(yùn)動(dòng)帶來的影響。
[0005] 當(dāng)被測目標(biāo)徑向運(yùn)動(dòng)速度較低時(shí)，全去斜處理后的回波近似為正弦信號，通過脈 沖壓縮就能得到目標(biāo)的一位距離像；但當(dāng)觀測對象是空間軌道航天器等高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)， 由于目標(biāo)相對于雷達(dá)的徑向速度很高，使得接受散射點(diǎn)回波為線性調(diào)頻（LFM)信號（不再 是低速運(yùn)動(dòng)下的單頻信號），脈沖壓縮處理后得到的高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的距離像嚴(yán)重畸變。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 有鑒于此，本發(fā)明提供一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法，從而可以有 效地消除高速運(yùn)動(dòng)帶來的影響。
[0007] 本發(fā)明的技術(shù)方案具體是這樣實(shí)現(xiàn)的：
[0008] -種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法，該方法包括：
[0009] 步驟A、將雷達(dá)在預(yù)設(shè)時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)獲得的一維距離像序列緩存到緩存器中， 并對緩存器中緩存的一維距離像序列進(jìn)行預(yù)處理，獲得一維距離像的分析窗口，并去除噪 聲；
[0010] 步驟B、將緩存器內(nèi)所有在分析窗口之內(nèi)的一維距離像序列進(jìn)行互相關(guān)處理；估 計(jì)目標(biāo)包絡(luò)移動(dòng)量，并加上參考信號延時(shí)對應(yīng)位置，得到目標(biāo)的實(shí)際距離；
[0011] 步驟C、通過一次曲線擬合的方法得到一維距離像的速度估計(jì)值；
[0012] 步驟D、根據(jù)一維距離像的速度估計(jì)值，對一維距離像進(jìn)行速度補(bǔ)償；
[0013] 步驟E、對進(jìn)行速度補(bǔ)償后的每個(gè)一維距離像進(jìn)行方差估計(jì)，確定用作速度補(bǔ)償?shù)?脈沖數(shù)滿足誤差要求。
[0014] 可選的，所述對緩存器中緩存的一維距離像序列進(jìn)行預(yù)處理包括：
[0015] 根據(jù)緩存器中所緩存的一維距離像序列的一維距離像歷程圖形成灰度圖像；
[0016] 利用圖像處理方法提取所述灰度圖像的邊緣，獲得一維距離像的分析窗口的起始 位置和終止位置，并進(jìn)行去除噪聲的操作。
[0017] 可選的，使用如下的公式對在分析窗口之內(nèi)的一維距離像序列進(jìn)行互相關(guān)處理：
[0019] 其中，r°°(nk)為互相關(guān)處理結(jié)果，n k為互相關(guān)處理變量，表示對C ，進(jìn)行~個(gè) 距離單元移動(dòng)，J_表示緩存器的尺寸大小；I ' H(k ^表示歸一化后的一維距離像。
[0020] 可選的，使用如下的公式得到目標(biāo)的實(shí)際距離pk:
[0021] pk= pk i+crik/2 Af，k = 1，2, ? ? ?，Jmax-I ;
[0022] 其中，p。為初始時(shí)刻的目標(biāo)距離，c為光速，A f為雷達(dá)掃頻帶寬。
[0023] 可選的，所述根據(jù)一維距離像的速度估計(jì)值，對一維距離像進(jìn)行速度補(bǔ)償包括：
[0024] 根據(jù)一維距離像的速度估計(jì)值，對各個(gè)一維距離像進(jìn)行平移補(bǔ)償處理；
[0025] 對平移補(bǔ)償處理之后的一維距離像作FFT估計(jì)，得到相鄰回波的相位差A(yù)? ;
[0026] 預(yù)先設(shè)定第一門限值Zsn，當(dāng)A①>Zsn時(shí)，返回執(zhí)行步驟B;而當(dāng)A①彡Z$時(shí)，執(zhí) 行步驟E。
[0027] 可選的，所述步驟E包括：
[0028] 對進(jìn)行速度補(bǔ)償后的每個(gè)一維距離像進(jìn)行方差估計(jì)，得到各個(gè)一維距離像的方差 估計(jì)值；
[0029] 對所有一維距離像的方差估計(jì)值取平均值，得到方差平均值；
[0030] 預(yù)先設(shè)置第二門限值叭，當(dāng);^ 時(shí)，增加緩存器尺寸并返回執(zhí)行步驟 I? Si ,M風(fēng)時(shí)，結(jié)束整個(gè)流程。
[0031] 可選的，通過如下的公式進(jìn)行方差估計(jì)：
[0036] 如上可見，在本發(fā)明的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法中，由于將雷達(dá)在 預(yù)設(shè)時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)獲得的一維距離像序列緩存到緩存器中，并對緩存器中緩存的一維距 離像序列進(jìn)行預(yù)處理，獲得一維距離像的分析窗口，并去除噪聲；然后，將緩存器內(nèi)所有在 分析窗口之內(nèi)的一維距離像序列進(jìn)行互相關(guān)處理；估計(jì)目標(biāo)包絡(luò)移動(dòng)量，并加上參考信號 延時(shí)對應(yīng)位置，得到目標(biāo)的實(shí)際距離；通過一次曲線擬合的方法得到一維距離像的速度估 計(jì)值；根據(jù)一維距離像的速度估計(jì)值，對一維距離像進(jìn)行速度補(bǔ)償；對進(jìn)行速度補(bǔ)償后的 每個(gè)一維距離像進(jìn)行方差估計(jì)，確定用作速度補(bǔ)償?shù)拿}沖數(shù)滿足誤差要求，因此可以對回 波信號進(jìn)行速度補(bǔ)償，有效地消除高速運(yùn)動(dòng)帶來的不利影響。
【附圖說明】
[0037] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法的流程示意圖。
[0038] 圖2為本發(fā)明實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法效果示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0039] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉實(shí)施例，對 本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0040] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，寬帶信號的目標(biāo)回波是一維距離像，因此難以像窄帶情 況那樣，用距離波門來進(jìn)行跟蹤。所以，在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以用相鄰兩次回波（即 一維距離像）"滑動(dòng)相關(guān)"來進(jìn)行跟蹤。兩次回波的"滑動(dòng)相關(guān)"，類似于接收里說的"自相 關(guān)"，所不同的是自相關(guān)只用本身一次回波，將其作延時(shí)滑動(dòng)，以延時(shí)滑動(dòng)量為變量，計(jì)算兩 個(gè)的相關(guān)系數(shù)，以相關(guān)系數(shù)的峰值表示目標(biāo)所在的位置，并估計(jì)目標(biāo)的速度。
[0041] 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償是ISAR成像技術(shù)中的關(guān)鍵技術(shù)，通常包括包絡(luò)對齊和相位補(bǔ)償。在本 發(fā)明的技術(shù)方案中，根據(jù)ISAR成像技術(shù)中的包絡(luò)對齊的經(jīng)驗(yàn)，包絡(luò)對齊通常采用滑動(dòng)相 關(guān)，而以相關(guān)系數(shù)最大作為對齊準(zhǔn)則，其對齊誤差與兩個(gè)回波（即一維距離像）的時(shí)間間隔 (即視角變化）的大小有關(guān)。對于相鄰回波視角變化極小的情況，延時(shí)估計(jì)誤差是很小的， 可以比±1/4距離分辨單元小得多。但是，這是指信噪比很高的情況。當(dāng)對遠(yuǎn)距離目標(biāo)跟 蹤時(shí)，信噪比要低得多，此時(shí)的延時(shí)估計(jì)誤差主要來自噪聲的影響，而不是由于視角改變而 引起的距離像變化，信噪比越低，則估計(jì)誤差也越大，約為±1/2個(gè)距離分辨單元。由于噪 聲引起的包絡(luò)對齊的誤差完全是隨機(jī)的，不存在相關(guān)性，可以通過多個(gè)脈沖的平均來減小 它，。
[0042] 空間目標(biāo)在亞秒級的時(shí)間里，徑向速度基本恒定，其徑向加速度可以忽略不計(jì)，此 時(shí)，相鄰兩個(gè)回波延時(shí)的距離差應(yīng)為常數(shù)，因而可將多次回波相繼地作相鄰滑動(dòng)相關(guān)，得到 一系列的延時(shí)差，然后求平均即可。若各次噪聲是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立，其引起的延時(shí)估計(jì)誤差也不相 關(guān)，用N次平均，誤差的方差可以減小到1/N。如果時(shí)間較長，除噪聲引起的誤差外，視角變 化引起的延時(shí)估計(jì)誤差也要占一定的比例，它引起的誤差有相關(guān)性，平均效果要差一些。
[0043] 本實(shí)施例提供了一種運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法，從而可以有效地消 除高速運(yùn)動(dòng)帶來的影響。
[0044] 圖1為本發(fā)明實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法的流程示意圖。 如圖1所示，本發(fā)明實(shí)施例中的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的一維距離像的速度補(bǔ)償方法可以包括如下所述 的步驟：
[0045] 步驟101，將雷達(dá)在預(yù)設(shè)時(shí)間間隔內(nèi)連續(xù)獲得的一維距離像序列緩存到緩存器中， 并對緩存器中緩存的一維距離像序列進(jìn)行預(yù)處理，獲得一維距離像的分析窗口，并去除噪 聲。
[0046] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，雷達(dá)在預(yù)設(shè)時(shí)間間隔內(nèi)可以連續(xù)獲得多個(gè)一維距離像， 其中，單個(gè)的一維距離像可以表示為：
[0047] C = U C2, CnI (1)
[0048] 將上述雷達(dá)所獲得的多個(gè)一維距離像組成一個(gè)一維距離像序列緩存到緩存器中， 則緩存器中一維距離像序列可以表示為：
[0049] |(k)= U /k), C2(k), CN(k)},k = 0,l, -,Jnax-I (2)
[0050] 其中，J_表示緩存器的尺寸大?。纯纱鎯?chǔ)的一維距離像的最大數(shù)目）。
[0051] 另外，緩存器中一維距離像序列還可以表示為：
[0052] I (tk) = { I i(tk)，|2(tk)，…，|N(t k)}，tk= t0+k ? dt (3)
[0053] 其中，t。為初始時(shí)刻，dt為時(shí)間間隔，k = 0，l，…，J_-l。
[0054] 將一維距離像序列緩存到緩存器中之后，即可對緩存器中緩存的一維距離像序列 進(jìn)行預(yù)處理，以獲得一維距離像的分析窗口，并去除噪聲。
[0055] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，可以使用多種具體實(shí)現(xiàn)方式來進(jìn)行上述的預(yù)處理。以下， 將以其中的一種具體實(shí)現(xiàn)方式為例，對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)的介紹。
[0056] 例如，在本發(fā)明的一個(gè)較佳實(shí)施例中，所述對緩存器中緩存的一維距離像序列進(jìn) 行預(yù)處理可以包括：
[0057] 根據(jù)緩存器中所緩存的一維距離像序列的一維距離像歷程圖形成灰度圖像；
[0058] 利用圖像處理方法提取所述灰度圖像的邊緣，獲得一維距離像的分析窗口的起始 位置和終止位置，并進(jìn)行去除噪聲的操作。
[0059] 其中，設(shè)一維距離像的分析窗口的起始位置和終止位置分別為隊(duì)和N E，則該一維 距離像的分析窗口一共有隊(duì)=(NE_NS+1)個(gè)距離單元。
[0060] 在進(jìn)行去除噪聲的操