一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法

本发明属于信号处理，具体涉及一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，高速是指目标的速度不低于1000m/s。

背景技术：

1、高分辨率雷达在目标识别、目标成像、微动特征提取等领域有着广泛的应用前景。传统方法通过增大信号带宽获得较高的距离分辨率，但是会增加系统复杂度和运算量。合成宽带信号通过对分时发射的不同载频的脉冲信号进行相参合成来提高分辨率，其具有良好的距离和多普勒分辨特性，且易于工程实现。但是，合成宽带信号对目标运动非常敏感。目标运动会引起距离速度耦合、信噪比损失、波形发散等问题。对于高速运动目标，还应考虑脉内多普勒调制和脉间距离徙动等影响。

2、目前常用的合成宽带信号处理方法是ifft(inverse fast fourier transform)相参脉压法和频域拼接法。ifft相参脉压法比较简单，但是在后续合成高分辨距离像时的抽取拼接处理会引起截断、栅瓣等问题。频域拼接法通过在频域上将不同信号的频谱进行拼接合成大带宽，进而获得高分辨距离像，但是该方法适用于静止或低速目标的合成宽带高分辨成像方法，未考虑高速目标带来的脉内多普勒调制和脉间距离徙动效应。

技术实现思路

1、本发明的技术解决问题是：克服已有技术的缺陷，实现高速运动目标的高分辨成像，提出一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法。

2、本发明方法是通过下述技术方案实现的：

3、一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，该方法的步骤包括：

4、步骤(1)，雷达发射脉冲信号后接收到高速运动目标的基带回波信号，并根据接收到的高速运动目标的基带回波信号建立基带回波信号模型；

5、步骤(2)，根据步骤(1)中基带回波信号模型中的每一个脉冲的脉压结果获得目标速度的粗估计值；

6、步骤(3)，根据步骤(2)得到的目标速度的粗估计值对步骤(1)中基带回波信号模型的脉内多普勒调制项和脉间距离徙动相位项进行补偿；

7、步骤(4)，对步骤(3)中补偿后的结果采用包含调制因子的参考信号进行脉冲压缩处理；

8、步骤(5)，对步骤(4)中进行脉冲压缩处理后的结果进行频谱截取拼接处理；

9、步骤(6)，对步骤(5)中的处理结果，补偿拼接点处的相位跳变；

10、步骤(7)，对步骤(6)中的结果进行逆傅里叶变换得到合成宽带成像结果，完成基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法。

11、所述的步骤(1)中，建立的基带回波信号模型sr(t)为：

12、

13、其中，t'∈(0,tr)表示快时间，即脉冲内采样时间，t'∈(0,tr)，tr为脉冲重复周期，tp为脉冲宽度，f0为载频，δf为频率跳变间隔，n为跳频数，k为调频率，r为目标初始距离，v为目标速度，a为目标加速度，为调制因子，c为电磁波传播速度；

14、所述的雷达发射的脉冲信号中，将雷达发射的n个具有步进载频的脉冲信号记为一帧信号，一帧信号中的脉冲序号依次记为：1,2,3,...,n，假设共需处理m帧信号，其帧序号依次记为：1,2,3,...,m；

15、所述的步骤(2)中，获得目标速度的粗估计值的方法为：

16、步骤(2.1)：对步骤(1)中的m帧回波信号的每一个脉冲进行脉冲压缩处理；

17、步骤(2.2)：选取m帧信号的第1个脉冲的脉冲压缩结果，并采用相推测速技术获得目标的速度测量值；

18、步骤(2.3)：依次选取m帧信号的第2,3，…，n个脉冲的脉冲压缩结果，并采用相推测速技术获得目标的速度测量值，最终获得所有m帧信号中n个脉冲的速度测量结果；

19、步骤(2.4)：对步骤(2.3)获得的速度测量结果进行平滑滤波处理，得到目标速度的粗估计值，记为

20、所述的步骤(3)中，对步骤(1)中的回波信号补偿脉内多普勒调制项和脉间距离徙动相位项，第n个脉冲需要补偿的脉内多普勒调制项为：

21、

22、第n个脉冲需要补偿的脉间距离徙动相位项为：

23、

24、其中，fn＝f0+nδf，f指频率轴，δrn＝rn-r0表示第n个脉冲和第1个脉冲的距离增量，r0表示第1个脉冲发射时刻目标的距离；

25、所述的步骤(4)中，对步骤(3)中补偿后的结果采用包含调制因子的参考信号进行脉冲压缩处理，其中需要构造的包含调制因子的参考信号表示为：

26、

27、所述的步骤(5)中，对步骤(4)中结果进行频谱截取拼接处理，其中频谱截取的起始位置和结束位置分别为：

28、

29、

30、其中b为信号带宽；

31、所述的步骤(6)中，对步骤(5)中的结果，补偿拼接点处的相位跳变，其中需要补偿的拼接点处相位项为：

32、

33、有益效果

34、(1)本发明通过采用相推测速方法获得目标速度的高精度估计结果，并基于回波模型反演，补偿目标高速运动引起的脉内多普勒调制和脉间距离徙动的影响，可以有效解决目标运动对合成宽带处理的影响。

35、(2)本发明通过采用包含调制因子的参考信号进行脉压处理，可以有效抑制调制因子对频谱拼接相参合成处理的影响。

36、(3)本发明设计的频谱截取的起始位置和结束位置以及对相位跳变的处理可以获得具有线性相位的无缝且平坦的宽频谱，进而实现合成宽带成像处理。

37、(4)本发明可获得高速运动目标的高质量高分辨距离像。

38、(5)本发明涉及一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，用于实现高速运动目标的高分辨成像。首先建立基于雷达发射调频步进信号的高速目标回波模型，该模型需要考虑脉内多普勒调制的影响；然后通过对不同帧回波具有相同频点的脉冲采用相推测速处理，得到高精度的速度信息，辅助后续的运动补偿和频谱拼接合成宽带处理。最后进行合成宽带成像处理。在补偿脉内多普勒调制和脉间距离徙动的基础上，采用包含调制因子的参考信号进行脉压处理，接着进行频谱截取拼接处理，并补偿拼接点的相位跳变，即可重构具有线性相位的宽频谱，获得高质量的合成宽带成像结果。

技术特征：

1.一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于该方法的步骤包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于：

3.根据权利要求2所述的一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于：

4.根据权利要求3所述的一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于：

5.根据权利要求4所述的一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于：

6.根据权利要求4或5所述的一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于：

7.根据权利要求6所述的一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于：

8.根据权利要求6或7所述的一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于：

9.根据权利要求8所述的一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，其特征在于：

技术总结
本发明属于信号处理技术领域，具体涉及一种基于回波模型反演的高速目标合成宽带成像方法，用于实现高速运动目标的高分辨成像。首先建立基于雷达发射调频步进信号的高速目标回波模型，该模型需要考虑脉内多普勒调制的影响；然后通过对不同帧回波具有相同频点的脉冲采用相推测速处理，得到高精度的速度信息，辅助后续的运动补偿和频谱拼接合成宽带处理。最后进行合成宽带成像处理。在补偿脉内多普勒调制和脉间距离徙动的基础上，采用包含调制因子的参考信号进行脉压处理，接着进行频谱截取拼接处理，并补偿拼接点的相位跳变，即可重构具有线性相位的宽频谱，获得高质量的合成宽带成像结果。

技术研发人员：范花玉,李文吉,任丽香,毛二可
受保护的技术使用者：北京理工大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13