专利名称：基于等效散射点的进动目标二维成像方法
技术领域：
本发明属于通讯技术领域，更进一步涉及雷达信号处理技术领域中基于等效散射点的进动目标二维成像方法。本发明可以有效地对空间进动锥体目标进行二维成像，并估计出目标的尺寸和运动参数，为后续的目标识别提供有力保障。
背景技术：
表面光滑的锥体目标在空间高速飞行时，为保持姿态的稳定性，需要做自旋运动，在受到横向的干扰时，自旋会转化为进动的形式。由于进动目标对回波信号产生的多普勒调制是时变量，通常情况下，传统的基于转台模型的逆合成孔径雷达成像方法对进动目标而言已经不再适用。相比宽带信号，窄带信号在目标跟踪，距离探测，回波信噪比以及波段的选取等方面都具有优势。在窄带雷达成像领域，经常规的运动补偿后，回波信号可以被压缩在一个距离单元内，旋转目标的回波信号的相位表现为正旋调频形式。Jun Li 等人在文献“Time-frequency imaging algorithm for high speedspinning targets in two dimensions”(IET Radar Sonar Navig,2010, Vol. 4, lss.6,PP. 806-817)中提出相干单距离多普勒干涉的成像方法。该方法通过对回波进行时频分析，利用自旋点目标回波在距离-慢时间域的周期性变化规律，通过检测正弦曲线估计散射点空间位置。由于利用了时频谱的相位信息，该方法具有较高的分辨率，并且在低信噪比下表现良好。但该方法存在的不足是，在回波的时频分析中仅仅考虑了简单的自旋点目标成像，而未涉及复杂的进动目标，并且在目标的运动参数估计存在误差的情况下，仅使用相干单距离多普勒干涉法进行一次成像，导致由于模型失配而积累出错误的峰值点，影响了对空间目标散射点分布特征的准确描述。

发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足，提出一种基于等效散射点的进动目标二维成像方法。该方法克服了相干单距离多普勒干涉法在目标参数估计存在误差时，无法对目标进行准确成像的不足，利用时频谱的相干积分值与模型匹配程度相关这一特征，采用速度和锥旋频率循环迭代的方法，对不同参数值下基于等效散射点模型的进动锥体目标的时频谱进行积分重构，以图像的平均强度最大为准则，搜索获得参数的精确值，最后再采用相干单距离多普勒干涉法获得锥体目标的二维图像。实现本发明的基本思路是首先将进动锥体目标的线性调频信号回波进行脉冲压缩，接着以频谱幅度差最小为准则，通过建立有效的搜索算法对目标回波的速度进行粗补偿以得到转台模型下的目标回波，然后采用速度和锥旋频率循环迭代的方法，对不同参数值下基于等效散射点模型的进动锥体目标的时频谱进行积分重构，以图像的平均强度最大为准则，搜索获得参数的精确值，最后采用相干单距离多普勒干涉法获得锥体目标的二维图像。
本发明的具体步骤如下(I)雷达接收回波雷达系统接收空间进动锥体目标的线性调频信号回波。⑵速度补偿2a)采用快速傅立叶变换对空间进动锥体目标的线性调频信号回波进行脉冲压缩，获得脉压后的距离-慢时间域信号回波；2b)提取各次距离-慢时间域信号回波中的峰值信号，组成单频回波序列；2c)采用频谱幅度差方法对单频回波序列进行速度补偿，获得锥体目标的速度和补偿后的回波序列。(3)时频分析3a)采用短时傅立叶变换对补偿后的回波序列进行时频分析，获得补偿后的回波序列的时频谱；3b)采用ー阶矩公式对补偿后的回波序列的时频谱进行瞬时频率估计，获得补偿后的回波序列的瞬时频率；3c)采用傅立叶变换获得瞬时频率的频谱，频谱中的最大幅值对应的频率为锥体目标的锥旋频率。⑷更新速度4a)采用等效散射点的建模方法获得进动锥体目标的相位和瞬时多普勒频率；4b)将速度的初始值设为零，将步骤3c)中获得的锥旋频率作为锥旋频率的初始值；4c)采用相干单距离多普勒干涉法对步骤3a)获得的补偿后回波序列的时频谱进行重构，获得不同速度偏移量对应的ニ维图像；4d)采用平均強度公式获得不同速度偏移量对应的ニ维图像的平均强度值，用平均强度值最大的ニ维图像对应的速度偏移量更新速度的初始值；(5)更新锥旋频率5a)采用相干单距离多普勒干涉法对步骤3a)获得的补偿后回波序列的时频谱进行重构，获得不同锥旋频率偏移量对应的ニ维图像；5b)采用平均強度公式获得不同锥旋频率偏移量对应的ニ维图像的平均強度值，将平均强度值最大的ニ维图像对应的锥旋频率偏移量记录为最优偏移量。(6)判断最优偏移量是否等于初始值若最优偏移量等于锥旋频率的初始值，则转入执行步骤(7)，否则，用步骤5b)获得的最优偏移量更新锥旋频率的初始值，转入执行步骤4c)。(7) ニ维成像采用相干单距离多普勒干涉法对步骤3a)获得的补偿后回波序列的时频谱进行重构，获得最优偏移量对应的ニ维图像。(8)输出步骤(7)获得的ニ维图像。与现有技术相比，本发明具有以下优点第一，由于本发明采用了等效散射点的建模方法，将相干单距离多普勒干涉法应用在空间进动锥体目标的成像上，克服了现有技术中相干单距离多普勒干涉法仅用于自旋CN 102914772 A说明书3/7 页
目标成像的不足，使得本发明具有对复杂进动目标进行ニ维成像的优点。第二，由于本发明采用了速度和锥旋频率两个參数循环迭代的捜索方法，以图像的平均強度最大为准则，对目标的运动參数进行精确的估计。克服了现有技术中相干单距离多普勒干涉法无法对目标在运动參数估计存在误差时进行准确成像的不足，使得本发明具有对目标的尺寸和运动參数进行精确估计的优点。


图I为本发明的流程图；图2为本发明的仿真图。
具体实施例方式下面结合附图1，对本发明具体实施方式
作进ー步的详细描述。步骤1，雷达接收回波雷达发射线性调频信号，信号形式如下
权利要求
1.基于等效散射点的进动目标ニ维成像方法，包括如下步骤 (1)雷达接收回波 雷达系统接收空间进动锥体目标的线性调频信号回波； (2)速度补偿 2a)采用快速傅立叶变换对空间进动锥体目标的线性调频信号回波进行脉冲压縮，获得脉压后的距离-慢时间域信号回波； 2b)提取各次距离-慢时间域信号回波中的峰值信号，组成单频回波序列； 2c)采用频谱幅度差方法对单频回波序列进行速度补偿，获得锥体目标的速度和补偿后的回波序列； (3)时频分析 3a)采用短时傅立叶变换对补偿后的回波序列进行时频分析，获得补偿后的回波序列的时频谱； 3b)采用ー阶矩公式对补偿后的回波序列的时频谱进行瞬时频率估计，获得补偿后的回波序列的瞬时频率； 3c)采用傅立叶变换获得瞬时频率的频谱，频谱中的最大幅值对应的频率为锥体目标的锥旋频率； (4)更新速度 4a)采用等效散射点的建模方法获得进动锥体目标的相位和瞬时多普勒频率； 4b)将速度的初始值设为零，将步骤3c)中获得的锥旋频率作为锥旋频率的初始值；4c)采用相干单距离多普勒干涉法对步骤3a)获得的补偿后回波序列的时频谱进行重构，获得不同速度偏移量对应的ニ维图像； 4d)采用平均強度公式获得不同速度偏移量对应的ニ维图像的平均强度值，用平均强度值最大的ニ维图像对应的速度偏移量更新速度的初始值； (5)更新锥旋频率 5a)采用相干单距离多普勒干涉法对步骤3a)获得的补偿后回波序列的时频谱进行重构，获得不同锥旋频率偏移量对应的ニ维图像； 5b)采用平均強度公式获得不同锥旋频率偏移量对应的ニ维图像的平均强度值，将平均强度值最大的ニ维图像对应的锥旋频率偏移量记录为最优偏移量； (6)判断最优偏移量是否等于初始值 若最优偏移量等于锥旋频率的初始值，则转入执行步骤(7)，否则，用步骤5b)获得的最优偏移量更新锥旋频率的初始值，转入执行步骤4c)； (7)ニ维成像 采用相干单距离多普勒干涉法对步骤3a)获得的补偿后回波序列的时频谱进行重构，获得最优偏移量对应的ニ维图像； (8)输出步骤(7)获得的ニ维图像。
2.根据权利要求I所述的基于等效散射点的进动目标ニ维成像方法，其特征在于，步骤2c)中所述的频谱幅度差方法的具体步骤如下 第一歩，按照下式计算雷达系统的最大不模糊速度
3.根据权利要求I所述的基于等效散射点的进动目标二维成像方法，其特征在于，步骤3a)中所述的短时傅里叶变换的公式为 S(tm, f) = / s(t) · w (t-tm) · exp(-j2 π tf)dt 其中，S(tm，f)表示补偿后的回波序列的时频谱，s(t)表示补偿后的回波序列，
4.根据权利要求I所述的基于等效散射点的进动目标二维成像方法，其特征在于，步骤3b)中所述的一阶矩的公式为
5.根据权利要求I所述的基于等效散射点的进动目标二维成像方法，其特征在于，步骤4a)中所述的等效散射点的建模方法的具体步骤如下 第一步，按照下式获得进动锥体目标的相位
6.根据权利要求I所述的基于等效散射点的进动目标ニ维成像方法，其特征在于，步骤4c)、步骤5a)和步骤(7)中所述的相干单距离多普勒干涉法的公式如下
7.根据权利要求I所述的基于等效散射点的进动目标ニ维成像方法，其特征在于，步骤4d)和步骤5b)中所述的平均強度的公式如下
全文摘要
本发明公开了一种基于等效散射点的进动目标二维成像方法，包括(1)雷达接收回波；(2)速度补偿；(3)时频分析；(4)更新速度；(5)更新锥旋频率；(6)判断最优偏移量是否等于初始值；(7)二维成像；(8)输出成像结果。本发明通过回波脉压处理，速度补偿，微动参数估计，采用速度和锥旋频率循环迭代的方法，对不同参数值下的锥体目标的时频谱进行积分重构，以图像的平均强度最大为准则，搜索获得参数的精确值，最后采用相干单距离多普勒干涉法获得目标的二维图像。本发明具有对空间进动锥体目标进行二维成像，并且精确估计目标尺寸和运动参数的优点。
文档编号G01S13/89GK102914772SQ20121036458
公开日2013年2月6日 申请日期2012年9月18日 优先权日2012年9月18日
发明者杜兰, 杨磊, 刘宏伟, 高铭江, 纠博 申请人:西安电子科技大学