基于GRFT和GAPSO的GEO目标平动补偿方法

本发明涉及雷达信号处理，特别是涉及一种基于grft和gapso的geo目标平动补偿方法。

背景技术：

1、对于isar成像而言，转动对于方位分辨至关重要，而平动则可能会导致距离徙动和相位误差，使产生的isar图像发生散焦和失真。当目标运动较为复杂时，基于时频分析的rid成像算法虽能在一定程度上缓解isar图像多普勒散焦的情况，但是依然存在方位向分辨率不高、交叉项干扰严重等问题。因此，在长相参时间下，对空间目标进行精细化且具有鲁棒性的平动补偿仍十分必要。

2、现有的平动补偿方法可以归为两类：非参数化方法和参数化方法。传统非参数化方法通常不依赖于特定的模型或参数估计，主要是指包络对齐-相位校正的两步式平动补偿方法，其中，包络对齐的目的是在没有先验信息的情况下实现回波包络的对齐，然而现有方法对回波信噪比较敏感，特别是在低信噪比环境下，这些方法往往难以准确提取回波的包络信息。相位校正的主要方法有特显点法、基于图像最小熵的相位校正方法等。当主要散射点被强噪声淹没时，特显点法失效。虽然基于图像最小熵的方法比特显点法在低信噪比下更具鲁棒性，但在极低信噪比下依然容易陷入局部最优，从而失效。此外，良好的包络对齐是进行相位校正的先决条件，当目标回波包络被强噪声干扰时，包络对齐的性能急剧下降，也会影响后续的相位校正无法精准实现。

3、近年来，geo目标成为研究热点。对于空间目标而言，geo目标具有地表覆盖范围广、重访周期短、生存能力强等优点，因此广泛应用于地形测绘和信息通信等领域。目前，对于geo目标的成像研究主要集中在逆合成孔径激光雷达(inverse synthetic apertureladar，isal)领域，利用地基isar对其进行成像的研究相对较少，因此，对geo目标进行isar成像仍然是一个有着广阔发展前景的领域。

4、目前针对geo目标进行isar成像的研究工作均是在目标的平动分量已经得到充分补偿的假设基础上进行，即主要考虑转动造成的越距离单元徙动校正，并未考虑geo目标的平动分量。然而，受轨道高度高等因素影响，geo目标的回波信号通常具有超低信噪比等特点，再加上在对其进行探测成像所需的长相参处理时间内，目标运动复杂，导致对geo目标进行isar成像时平动分量难以得到有效补偿，从而造成成像成功率较低，聚焦精度不够的问题。

技术实现思路

1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种基于grft(generalized radonfourier transform，广义拉登傅里叶变换)和gapso的geo目标平动补偿方法。

2、一种基于grft和gapso的geo目标平动补偿方法，所述方法包括：

3、获取在预先设置的最优成像孔径下的geo目标回波信号，对所述geo目标回波信号进行预处理，根据预处理信号中目标的平动轨迹构建目标平动多项式；所述目标平动多项式包括多项式系数向量；

4、初始化参数搜索空间、粒子数量以及每个粒子的位置和速度，在参数搜索空间的各参数下进行长时间相参积累，根据长时间相参积累结果得到所述多项式系数向量的粗估计值，将所述粗估计值作为初始解，根据所述初始解更新群体和每个粒子的历史最优值，并对粒子进行交叉和变异操作，根据当前粒子的长时间相参积累结果迭代更新群体和每个粒子的历史最优值，直到满足迭代停止的条件时，停止迭代，输出当前群体的历史最优值作为最优多项式系数向量；

5、根据所述最优多项式系数向量实现对所述geo目标回波信号进行平动补偿，根据平动补偿结果实现isar成像。

6、在其中一个实施例中，还包括：遍历所述参数搜索空间中的每一向量，计算当前向量对应的平动轨迹，将信号沿着所述平动轨迹进行长时间相参积累，得到对应的长时间相参积累结果；从每一向量对应的长时间相参积累结果中选择最优值对应的向量，得到多项式系数向量的粗估计值。

7、在其中一个实施例中，还包括：在每次迭代时，根据当前粒子的长时间相参积累结果计算得到粒子的适应度，根据每个粒子的适应度更新群体和每个粒子的历史最优值；根据当前粒子的位置和速度更新粒子位置，根据当前粒子的位置、历史最优值和群体的历史最优值更新粒子速度；对适应度低于阈值的粒子进行交叉和变异操作，根据交叉结果和变异结果更新群体，并更新群体和每个粒子的历史最优值；根据当前粒子的长时间相参积累结果迭代更新群体和每个粒子的历史最优值，直到满足迭代停止的条件时，停止迭代，输出当前群体的历史最优值作为最优多项式系数向量。

8、在其中一个实施例中，还包括：根据当前粒子的长时间相参积累结果计算得到粒子的适应度为：

9、

10、其中，ffit(·)表示粒子的适应度函数，sgrft(·)表示长时间相参积累后的能量峰值，表示第j次迭代时的第i个粒子，j＝0，1，2，…，jmax代表迭代次数，fr表示距离频域，τ表示快时间，s表示目标回波信号，fc为发射信号载频，k表示信号调频斜率。

11、在其中一个实施例中，还包括：群体历史最优值改变量小于阈值；所述群体历史最优值改变量为当前次迭代与上一次迭代的群体历史最优值的差值。

12、在其中一个实施例中，还包括：所述迭代停止的条件包括达到最大迭代次数。

13、在其中一个实施例中，还包括：根据空间目标轨道先验信息，预测geo目标的erv振幅，在geo目标的erv振幅最大值以及erv方向相对稳定的时间间隔内选择geo目标的最优成像孔径，基于最优成像孔径进行geo目标观测，得到geo目标回波信号。

14、在其中一个实施例中，还包括：从参数搜索空间中选择离散样本点，根据预设插值方法和所述离散样本点进行插值，覆盖所述参数搜索空间，实现初始化参数搜索空间。

15、一种基于grft和gapso的geo目标平动补偿装置，所述装置包括：

16、多项式构建模块，用于获取在预先设置的最优成像孔径下的geo目标回波信号，对所述geo目标回波信号进行预处理，根据预处理信号中目标的平动轨迹构建目标平动多项式；所述目标平动多项式包括多项式系数向量；

17、系数求解模块，用于初始化参数搜索空间、粒子数量以及每个粒子的位置和速度，在参数搜索空间的各参数下进行长时间相参积累，根据长时间相参积累结果得到所述多项式系数向量的粗估计值，将所述粗估计值作为初始解，根据所述初始解更新群体和每个粒子的历史最优值，并对粒子进行交叉和变异操作，根据当前粒子的长时间相参积累结果迭代更新群体和每个粒子的历史最优值，直到满足迭代停止的条件时，停止迭代，输出当前群体的历史最优值作为最优多项式系数向量；

18、结果输出模块，用于根据所述最优多项式系数向量实现对所述geo目标回波信号进行平动补偿，根据平动补偿结果实现isar成像。

19、一种计算机设备，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时实现以下步骤：

20、获取在预先设置的最优成像孔径下的geo目标回波信号，对所述geo目标回波信号进行预处理，根据预处理信号中目标的平动轨迹构建目标平动多项式；所述目标平动多项式包括多项式系数向量；

21、初始化参数搜索空间、粒子数量以及每个粒子的位置和速度，在参数搜索空间的各参数下进行长时间相参积累，根据长时间相参积累结果得到所述多项式系数向量的粗估计值，将所述粗估计值作为初始解，根据所述初始解更新群体和每个粒子的历史最优值，并对粒子进行交叉和变异操作，根据当前粒子的长时间相参积累结果迭代更新群体和每个粒子的历史最优值，直到满足迭代停止的条件时，停止迭代，输出当前群体的历史最优值作为最优多项式系数向量；

22、根据所述最优多项式系数向量实现对所述geo目标回波信号进行平动补偿，根据平动补偿结果实现isar成像。

23、上述基于grft和gapso的geo目标平动补偿方法，通过获取在预先设置的最优成像孔径下的geo目标回波信号，对geo目标回波信号进行预处理，根据预处理信号中目标的平动轨迹构建目标平动多项式；初始化参数搜索空间、粒子数量以及每个粒子的位置和速度，在参数搜索空间的各参数下进行长时间相参积累，根据长时间相参积累结果得到多项式系数向量的粗估计值，将粗估计值作为初始解，根据初始解更新群体和每个粒子的历史最优值，并对粒子进行交叉和变异操作，根据当前粒子的长时间相参积累结果迭代更新群体和每个粒子的历史最优值，直到满足迭代停止的条件时，停止迭代，输出当前群体的历史最优值作为最优多项式系数向量；根据最优多项式系数向量实现对geo目标回波信号进行平动补偿，根据平动补偿结果实现isar成像。本发明实施例，能够有效补偿geo目标平动并形成聚焦良好的图像，在保持成像质量的同时极大地降低了计算复杂度，提高了isar成像效率。