1.一种双基地前视SAR动目标检测方法,具体包括如下步骤:
步骤一:成像系统参数初始化,
发射站初始位置坐标记为(0,yT,zT),其中,0、yT和zT分别为发射站的x轴、y轴和z轴坐标;接收站初始位置坐标记为(x0,yR,zR),其中,x0、yR和zR分别为接收站的x轴、y轴和z轴坐标;发射站速度为VT,接收站速度为VR,并均沿着y轴飞行;初始时刻接收站和发射站波束中心同时指向参考目标Pt,其坐标为(x0,0,0),设P(x,y)为成像区域中的任意点目标,若P(x,y)为地面动目标,则设其运动速度沿x轴和y轴的分量分别为vx和vy;
目标P(x,y)到接收站和发射站的距离历史分别为:
其中,rR为接收站到目标P(x,y)的最短斜距,rT为发射站到目标P(x,y)的最短斜距;
η为方位向时间;ηR为接收站的零多普勒时间,ηT为发射站的零多普勒时间,且ηR=(y-yR)/VR,ηT=(y-yT)/VT;
若P(x,y)为地面动目标,则rR为:
其中, 为初
始时刻接收站到地面动目标P(x,y)的最短斜距;
rT为: 其中, 为初始时
刻接收站到目标P(x,y)的最短斜距;
步骤二:获取BFSAR回波,并对回波进行距离向傅里叶变换,
设BFSAR发射信号为脉冲线性调频信号:
其中,f0为载频,Tp为脉冲宽度,τ为距离向时间,Kr为发射信号的时间调频斜率,rect[·]代表距离时间窗;
任意点目标P(x,y)回波信号经解调至基带后,表示为方位向时间η和距离向时间τ的表达式,记为S(η,τ;x,y),
其 中,
σ(x,y)为目标P(x,y)的后向散射系数,c为光速,λ为发射信号载波波长,ω[·]为方位时间窗,ηcb为波束中心时刻;
对S(η,τ;x,y)进行距离向傅里叶变换,变换后的数据记为S(η,f;x,y),其中,St(f)为发射信号St(τ)的频谱,f为距离向频率;
步骤三:Bulk-Deramp滤波
将双基距离历史RR(η)+RT(η)在合成波束中心时刻ηcb沿泰勒级数展开:
其中,Rbi0为发射站与接收站在ηcb时刻的双基距离总和;R′ bi,R″bi分别表示ηcb时刻双基距离历史的一阶导数和二阶导数;
将上述泰勒级数展开代入步骤二中的S(η,f;x,y),可得:
构造Bulk-Deramp滤波函数: 其中,N为参考目
标多普勒调频率的多普勒模糊数, PRF为脉冲重复频
率,round[·]为取整运算,θsRref,θsTref分别为关于参考目标点接收站与发射站的斜视角;
将得到的S(η,f;x,y)乘以HDeramp,滤波后的数据记为S1(η,f;x,y),
其中,R′bires=R′ bi-N·PRF·λ为双基距离和的残余一阶系数;
步骤四:一阶Keystone变换,
对步骤三得到的S1(η,f;x,y)进行Keystone变换,具体采用一阶Keystone变换,变换关系为:
其中,ηk为一阶Keystone变换后新的方位向时间,变换后的数据记为S2(ηk,f;x,y),步骤五:距离压缩并进行距离向傅里叶逆变换,
利用距离压缩函数对步骤四处理后的数据S2(ηk,f;x,y)进行距离压缩,其中距离压缩函数为St*(f),*代表复共轭运算;
经距离压缩后,回波数据通过距离向傅里叶逆变换到二维时域,其数据记为S3(ηk,τ;
x,y),
其中,IFFTrange[·]表示距离向傅里叶逆变换;
进行上述操作后目标P(x,y)位于距离向τ=(Rbi0-R′biηcb)/c单元内;
步骤六:扩展方位非线性调频变标操作,
令步骤三中双基距离历史RR(η)+RT(η)泰勒展开式中η=0,同时忽略二阶与高阶项,得:RR(0)+RT(0)≈Rbi0-R′biηcb,通过一阶Keystone变换后,将在方位零时刻具有相同双基距离和的目标移动到了同一距离单元;
对于同一距离单元R的目标,得到目标的多普勒调频率为fηr(R;x,ycb)=fηrR(R;
x,ycb)+fηrT(R;x,ycb),其中,
其中,θSR,θST分别为在波束中心时刻接收站和发射站的斜视角,且θSR=arctan(|yR|/rR),θST=arctan(|y-yT-VTy/VR|/rT), 分别为接收站和发射站的下视角,且
再计算出多普勒调频率差分为:
Δfηr(R;x,ycb)=fηr(R;x,ycb)-fηr(R;xref,ycbref)
其中,xref和ycbref分别为参考目标的x坐标与y坐标;
对Δfηr沿方位向时间进行两次积分得到EA-NLCS调频变标函数的相位φs(ηk;R),从而得出EA-NLCS变标函数SS(ηk;R),
SS(ηk;R)=exp{jφs(ηk;R)}
将S3(ηk,τ;x,y)与SS(ηk;R)相乘,实现EA-NLCS操作,从而完成了同一距离单元静止目标多普勒调频率的均衡,并且使同一距离单元静止目标相同的多普勒调频率与动目标的调频率不同;
步骤七:构造二阶模糊函数积;
将EA-NLCS处理后的回波通过方位向FFT变换到方位频域、距离时域,其数据记为S4(fηk,τ),
其中,FFTazimuth[·]表示方位向傅里叶变换,下标st代表静止场景,Sst(fηk,τ)表示静止场景回波,SGMT(fηk,τ)表示地面动目标回波,fηk为新的方位频率变量,σst(x,y)为静止目标的后向散射系数,Kr(R,0)为均衡后的静止目标多普勒调频率,KGMT为地面动目标多普勒调频率;
经计算出瞬时二阶差分频率积(SDFP)Ssdfp(fηk;fk),计算表达式为:
Sfdfp(fηk)=S4(fηk;τk)
*
Ssdfp(fηk;fk)=Sfdfp(fηk+fk)Sfdfp(fηk-fk)
其中,τk为某一距离时间,fk为某一方位频率值;
二阶模糊函数定义为SDFP的傅里叶变换,表达式为:
其中,fT为傅里叶变换后的频率值;
若地面动目标的距离单元仅存在一个静止目标,则对应的二阶模糊函数在fT1=1/Kr(R,0)和fT2=1/KGMT两处存在峰值,然而当输入信号由若干目标共同叠加时,二阶模糊函数存在虚假峰值;
利用M组不同的fk构造如下二阶模糊函数积:
通过如上所述的处理后,BFSAR某一距离单元回波数据的PSAF若存在两个尖峰,则判定此距离单元有地面动目标,从而完成了BFSAR地面动目标的检测。