联合探测先验信息的天基对空机动目标ISAR成像方法及设备与流程

本发明属于雷达成像，具体涉及一种联合探测先验信息的天基对空机动目标isar成像方法及设备。

背景技术：

1、天基雷达不受领空、领海限制，是实现国土外高价值空中目标全天时全天候探测的有效手段。然而，为了实现空中高价值目标精确打击，需要对空中目标准确识别，获得目标的二维图像是目标识别的重要手段之一。逆合成孔径雷达（isar）可利用雷达与目标之间的相对运动对非合作目标高分辨二维成像，有助于态势精细感知和目标精准识别，因此在军事及民用领域受到广泛重视。天基雷达对空中目标成像时，由于地面背景杂波太强，空中目标雷达后向散射系数较弱，导致回波信杂噪比很低，此外空中目标机动性较强，低信杂噪比下的机动目标isar成像十分具有挑战性。

2、传统的isar成像算法在低信杂噪比和目标机动情况下难以实现高质量成像，亟需提出在强杂波背景下的天基对空机动目标有效isar成像方法。

技术实现思路

1、本发明目的是提供一种联合探测先验信息的天基对空机动目标isar成像方法及设备，能够提升信杂噪比，进而改善包络对齐和相位校正精度，提升天基对空机动目标isar成像质量。

2、具体地说，一方面，本发明提供了一种联合探测先验信息的天基对空机动目标isar成像方法，包括：

3、探测先验信息获取：利用窄带探测雷达对包含目标的空中区域进行搜索，检测到目标后，对目标稳定跟踪设定的跟踪时长，获得窄带探测点航迹信息，并得到目标运动参数，所述目标运动参数包括但不限于目标位置、多普勒速度、航速和航向；

4、宽带成像回波数据获取：所述窄带探测雷达转为宽带成像模式，基于所述探测先验信息获取步骤中的目标运动参数，引导宽带成像模式的雷达在成像期间内保持对目标宽带成像回波数据的录取；

5、平稳飞行成像回波数据段选择：基于所述窄带探测点航迹信息，从录取的所述目标宽带成像回波数据中选择目标平稳飞行成像回波数据段；

6、目标运动初步补偿：基于所述探测先验信息获取步骤中获取的目标位置、多普勒速度，对宽带成像模式的雷达在成像期间内的目标运动进行初步补偿；

7、目标宽带回波提取：基于所述目标运动初步补偿后的宽带回波数据，进行目标初步sar成像，提取目标初步sar成像后的数据；

8、目标精成像：将所述目标初步sar成像后的数据变换至距离-脉冲域，对其进行包络对齐和相位校正，获取目标精确isar成像结果。

9、进一步地，所述宽带成像回波数据获取具体包括：

10、2-1）所述窄带探测雷达转为宽带成像模式，基于所述探测先验信息获取步骤中的目标位置确定宽带波束的初始指向；

11、2-2）根据探测先验信息获取步骤中的目标航速、航向，预测目标在成像期间的运动轨迹，根据预测的目标运动轨迹，引导宽带波束调整指向，使得在成像期间内目标保持在波束覆盖范围内，获取宽带成像回波数据。

12、进一步地，基于所述探测先验信息获取步骤中获取的目标位置、多普勒速度，对宽带成像模式的雷达在成像期间内的目标运动进行初步补偿具体包括：

13、4-1）通过距离向的匹配滤波器，得到距离向脉冲压缩后的二维时域回波信号：

14、4-2）将所述距离向脉冲压缩后的二维时域回波信号变换到距离频域-方位脉冲域；

15、4-3）基于所述探测先验信息获取步骤中获取的目标位置、多普勒径向速度、航速和航向，得到距离频域-方位脉冲域的目标径向速度vr、目标切向速度vc、初步补偿一阶和二阶徙动量；

16、4-4）通过方位向的匹配滤波器，完成方位向脉冲压缩，实现动目标初步sar成像。

17、进一步地，所述通过距离向的匹配滤波器，得到距离向脉冲压缩后的二维时域回波信号包括：

18、假设雷达发射信号为：

19、 (1)

20、其中，fc为雷达载频，kr为距离向的调频率，kr=br/tp，br为雷达带宽，tp为信号脉宽，为距离向的快时间；

21、所述距离向的匹配滤波器如式（2）所示：

22、 (2)

23、其中，tm为方位向慢时间，ω(•)为方位向的包络，(x0,y0)为方位零时刻动目标的位置，vs为卫星平台的运动速度，vc为目标切向速度，，r(tm)为方位向慢时间tm雷达与动目标间的距离，c为光速，fc为雷达载频。

24、进一步地，所述距离向脉冲压缩后的二维时域回波信号变换到距离频域-方位脉冲域后，二维回波信号的相位计算公式如下：

25、 (5)

26、相位包含了与成像初始时刻目标的斜距rc有关的常数项、包含一阶徙动量的相位，以及包含二阶徙动量的相位。

27、进一步地，所述方位向的匹配滤波器如下式所示：

28、 (6)

29、其中，fc为雷达载频，c为光速，rc为成像初始时刻目标的斜距，vs为卫星平台的运动速度，tm为方位向慢时间。

30、进一步地，所述目标精成像具体包括：

31、6-1）将提取的目标初步sar成像后的数据经反方位向压缩操作变换至距离-脉冲域；

32、6-2）采用包络对齐方法对目标的距离-脉冲域回波进行包络对齐，补偿由于目标平动导致的回波包络在方位向慢时间的偏移，所述包络对齐方法包括但不限于全局法或相关法；

33、6-3）采用相位校正方法对包络对齐后的回波进行相位校正，补偿由于目标平动导致的回波相位误差，所述相位校正方法包括但不限于最小熵法或相位梯度自聚焦法；

34、6-4）采用方位向成像算法，得到空中目标最终的isar图像。

35、另一方面，本发明还提供一种联合探测先验信息的天基对空机动目标isar成像设备，所述设备包括存储器和处理器；所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序，以实现上述方法的步骤。

36、再一方面，本发明还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述的计算机程序被处理器执行时实现上述方法的步骤。

37、本发明的联合探测先验信息的天基对空机动目标isar成像方法及设备的有益效果如下：

38、本发明的联合探测先验信息的天基对空机动目标isar成像方法及设备，创造性地联合了天基雷达窄带探测雷达获取的目标位置、多普勒速度、航速、航向先验信息对空中目标进行isar成像；通过窄带雷达对空中目标进行空中目标检测和稳定跟踪，获取目标位置、多普勒速度、航速、航向等信息，保证能够引导宽带雷达在成像期间对目标宽带回波数据稳定获取；通过窄带探测获得的目标点航迹信息，选择目标平稳飞行的成像回波数据段，可避免由于目标机动导致运动补偿和成像质量下降；利用窄带探测先验信息对目标宽带回波进行初步补偿并成像，在sar图像域提取目标宽带回波数据，由于运动补偿后杂波无法相参积累，目标可获得一定相参积累得益，因此可基于信杂噪比提取本被杂波淹没的目标宽带回波；基于提取出的目标宽带回波数据，进一步进行包络对齐和相位校正，最终得到目标精确isar图像，用于后续空中目标识别。