面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法技术

本发明专利技术公开了面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，通过对信号单比特量化，利用单比特量化所产生的谐波分量与基波分量相位参数之间的倍数关系，有效提高参数估计精度，本发明专利技术实施过程简单，具有较低计算复杂度，能够实现低计算及硬件实现复杂度的高精度参数估计。度参数估计。度参数估计。

【技术实现步骤摘要】
面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法


[0001]本专利技术涉及信号处理
，尤其涉及一种面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法、系统、终端及计算机可读存储介质。

技术介绍

[0002]信号参数估计在雷达信号处理等领域扮演着至关重要的角色，例如雷达系统可以通过分析目标回波信号获取目标方位、高度、速度、转速等信息。
[0003]逆合成孔径雷达(ISAR，Inverse
‑
Synthetic
‑
Aperture
‑
Radar)是合成孔径雷达发展过程中的一个重要分支，ISAR能够全天时、全天候对目标远距离成像，在空天探测、战略防御、港口监视等军民领域发挥着重要作用。然而，ISAR成像系统所得到的成像结果通常为目标的距离多普勒平面投影结果，并不能提供目标方位向具体尺寸信息。方位向定标技术能够通过分析目标散射点回波信号的相位参数变化规律实现目标转速估计，从而将ISAR成像结果由距离多普勒平面(单位：m
‑
Hz)转换到距离
‑
方位平面(单位：m
‑
m)，进而给出目标方位尺寸信息。然而，定标精度依赖于回波信号参数估计精度。现有的参数估计方法要么误差较大、要么计算或者硬件实现复杂度较高。例如利用去调频的方法估计线性调频(LFM)信号参数，然而，这种方法的估计精度与搜索间隔有关，且会受限于傅里叶变换的频率分辨率；例如利用迭代自适应方法提高参数估计精度，然而，这种方法的搜索过程计算复杂度较高，实时性较差。
[0004]单比特量化可以显著降低数据采集、存储、传输负担，实现产品小型化、廉价化，具有较高应用价值，是当前信号处理领域的研究热点。然而，单比特量化会产生谐波与交调干扰，导致成像质量下降等不良后果。目前学界内多针对如何降低谐波与交调影响进行研究，尚未报道利用谐波提高信号参数估计精度的研究。例如通过设计单频门限，对单比特量化产生的谐波加以抑制，从而达到提升成像效果的目的，但该方法旨在谐波抑制，并未对谐波信息加以利用。
[0005]因此，现有技术还有待于改进和发展。

技术实现思路

[0006]本专利技术的主要目的在于提供一种面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法、系统、终端及计算机可读存储介质，旨在解决现有技术中参数估计算法大多存在误差较大、实现复杂度高的问题。
[0007]为实现上述目的，本专利技术提供一种面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，所述面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法包括如下步骤：
[0008]根据目标散射点、雷达和旋转中心之间的几何关系，计算得到目标散射点与雷达之间的距离；
[0009]根据所述目标散射点到所述雷达之间的距离关于慢时间的变化情况，计算得到所述目标散射点在不同时刻所对应的多普勒频率；
[0010]根据所述目标散射点不同时刻所对应的多普勒频率，计算目标散射点回波的相位信息，得到目标散射点回波信号的表达式；
[0011]对所述目标散射点回波信号进行单比特量化处理；
[0012]获取单比特量化处理后所述目标散射点回波信号产生的高次谐波，估计所述高次谐波的调频率，得到量化前所述目标散射点回波信号的调频率；
[0013]估计不同距离单元的目标散射点回波信号的调频率，对不同距离单元的调频率估计结果关于距离向坐标进行拟合得到一条斜率与目标转速相关的直线，并求出直线斜率，根据所述直线斜率得到目标转速以及方位向定标因子，根据所述方位向定标因子进行距离多普勒图像的方位向定标。
[0014]可选地，所述的面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其中，所述根据目标散射点、雷达和旋转中心之间的几何关系，计算得到目标散射点与雷达之间的距离，具体包括：
[0015]在ISAR成像中，将目标相对于雷达的运动分解为沿着雷达视线的平动分量和围绕一定点旋转的转动分量，通过运动补偿将目标的平动分量补偿后，将目标看作绕定点转动的转台目标；
[0016]根据目标散射点、雷达以及旋转中心之间的几何关系，计算出目标散射点i与雷达之间的距离：
[0017][0018]其中，目标上散射点i的坐标为(x
i
,y
i
)，目标散射点i到旋转中心O的距离为R
i
，雷达与旋转中心O的距离为R
r
，且有R
r
>>R
i
，目标散射点i到雷达的距离为R
i
′
，目标散射点i和O点的连线与y轴的夹角为θ0，目标转速为w0，t
m
＝mT0为慢时间，T0为脉冲重复周期，m＝0,1,K,M
‑
1，M为用于成像的脉冲个数。
[0019]可选地，所述的面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其中，所述根据所述目标散射点到所述雷达之间的距离关于慢时间的变化情况，计算得到所述目标散射点在不同时刻所对应的多普勒频率，具体包括：
[0020]根据目标散射点到雷达之间的距离关于慢时间的变化情况，计算目标散射点i在不同时刻所对应的多普勒频率为：
[0021][0022]其中，dR
i
′
(t
m
)/dt
m
表示对R
i
′
(t
m
)关于t
m
求导，λ为雷达发射信号的波长。
[0023]可选地，所述的面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其中，所述根据所述目标散射点不同时刻所对应的多普勒频率，计算目标散射点回波的相位信息，得到目标散射点回波信号的表达式，具体包括：
[0024]根据目标散射点不同时刻所对应的多普勒频率，求得相应回波的相位信息为：
[0025][0026]得到回波的相位信息后，将来自目标散射点i的回波信号建模为：
[0027][0028]其中，j表示虚数单位，σ
i
表示幅度，频率为f
i
＝2w0x
i
/λ，调频率为调频率为关于距离向坐标y
i
的线性函数，直线斜率为
[0029]可选地，所述的面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其中，所述对所述目标散射点回波信号进行单比特量化处理，具体包括：
[0030]将公式(3)中的φ
i
(t
m
)简写为φ
i
，则公式(4)表示为s
i
(t
m
)＝σ
i
exp(jφ
i
)，对s
i
(t
m
)进行单比特量化，量化后的信号形式为：
[0031][0032]其中，∑(
·
)表示求和，a0＝1，当k≥1时，a
k<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其特征在于，所述面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法包括：根据目标散射点、雷达和旋转中心之间的几何关系，计算得到目标散射点与雷达之间的距离；根据所述目标散射点到所述雷达之间的距离关于慢时间的变化情况，计算得到所述目标散射点在不同时刻所对应的多普勒频率；根据所述目标散射点不同时刻所对应的多普勒频率，计算目标散射点回波的相位信息，得到目标散射点回波信号的表达式；对所述目标散射点回波信号进行单比特量化处理；获取单比特量化处理后所述目标散射点回波信号产生的高次谐波，估计所述高次谐波的调频率，得到量化前所述目标散射点回波信号的调频率；估计不同距离单元的目标散射点回波信号的调频率，对不同距离单元的调频率估计结果关于距离向坐标进行拟合得到一条斜率与目标转速相关的直线，并求出直线斜率，根据所述直线斜率得到目标转速以及方位向定标因子，根据所述方位向定标因子进行距离多普勒图像的方位向定标。2.根据权利要求1所述的面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其特征在于，所述根据目标散射点、雷达和旋转中心之间的几何关系，计算得到目标散射点与雷达之间的距离，具体包括：在ISAR成像中，将目标相对于雷达的运动分解为沿着雷达视线的平动分量和围绕一定点旋转的转动分量，通过运动补偿将目标的平动分量补偿后，将目标看作绕定点转动的转台目标；根据目标散射点、雷达以及旋转中心之间的几何关系，计算出目标散射点i与雷达之间的距离：其中，目标上散射点i的坐标为(x
i
,y
i
)，目标散射点i到旋转中心O的距离为R
i
，雷达与旋转中心O的距离为R
r
，且有R
r
&gt;&gt;R
i
，目标散射点i到雷达的距离为R
′
i
，目标散射点i和O点的连线与y轴的夹角为θ0，目标转速为w0，t
m
＝mT0为慢时间，T0为脉冲重复周期，m＝0,1,K,M
‑
1，M为用于成像的脉冲个数。3.根据权利要求2所述的面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其特征在于，所述根据所述目标散射点到所述雷达之间的距离关于慢时间的变化情况，计算得到所述目标散射点在不同时刻所对应的多普勒频率，具体包括：根据目标散射点到雷达之间的距离关于慢时间的变化情况，计算目标散射点i在不同时刻所对应的多普勒频率为：
其中，dR
′
i
(t
m
)/dt
m
表示对R
′
i
(t
m
)关于t
m
求导，λ为雷达发射信号的波长。4.根据权利要求3所述的面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其特征在于，所述根据所述目标散射点不同时刻所对应的多普勒频率，计算目标散射点回波的相位信息，得到目标散射点回波信号的表达式，具体包括：根据目标散射点不同时刻所对应的多普勒频率，求得相应回波的相位信息为：得到回波的相位信息后，将来自目标散射点i的回波信号建模为：其中，j表示虚数单位，σ
i
表示幅度，频率为f
i
＝2w0x
i
/λ，调频率为调频率为关于距离向坐标y
i
的线性函数，直线斜率为5.根据权利要求4所述的面向逆合成孔径雷达的单比特高精度信号参数估计方法，其特征在于，所述对所述目标散射点回波信号进行单比特量化处理，具体包括：将公式(3)中的φ
i
(t
m
)简写为φ
i
，则公式(4)表示为s
i
(t
m
)＝σ
i
exp(jφ
i
)，对s
i
(t
m
)进行单比特量化，量化后的信号形式为：其中，∑(
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘秋晨，黄磊，赵博，
申请(专利权)人：深圳大学，
类型：发明
国别省市：