基于迭代距离向压缩机制的GNSS-SAR成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于迭代距离向压缩机制的GNSS

【技术实现步骤摘要】
基于迭代距离向压缩机制的GNSS
‑
SAR成像方法


[0001]本专利技术涉及被动式SAR成像
，尤其涉及一种基于迭代距离向压缩机制的GNSS
‑
SAR成像方法。

技术介绍

[0002]利用GNSS(Global Navigation Satellite System，全球导航卫星系统)为机会式发射源的被动式SAR(Synthetic Aperture Radar，合成孔径雷达)系统，简称GNSS
‑
SAR，由于其系统无需特定的信号发射装置，其成本比传统主动式SAR的要低很多，并且隐蔽性以及抗电子侦察的性能更好；又因为GNSS信号的发射是从不间断的，因此，比起其他形式的被动式SAR，GNSS
‑
SAR可全天候、无盲区的进行目标探测，在近十年内得到了广泛的关注。
[0003]GNSS卫星通常离地面的距离非常远，例如，北斗卫星离地面的平均距离为22200km，在地表能接收到的GNSS信号强度非常弱，通常为
‑
130dBm；就用于被动式SAR的反射信号而言，信号强度就更弱了，通常为
‑
150dBm至
‑
160dBm。如何在强度如此弱的信号中探测目标是一个非常有意义且亟待解决的问题。
[0004]近年来，已有研究人员提出了一些提升成像增益以增强GNSS
‑
SAR图像信噪比的方法。有研究人员提出了基于联合相干与非相干积分的方位向压缩方法，提升双基地GNSS
>‑
SAR的方位向增益；还有研究人员考虑多基地GNSS
‑
SAR的模型，提出了多图像非相干融合与多卫星信号相干融合提升信噪比的机制。虽然相关研究人员提出了一些解决方案，但这些方案并不能很好地解决弱反射信号导致目标识别度不佳，引起低图像信噪比的问题。

技术实现思路

[0005]本专利技术提供了一种基于迭代距离向压缩机制的GNSS
‑
SAR成像方法，用以解决GNSS
‑
SAR成像中弱反射信号导致目标识别度不佳，引起低图像信噪比的技术问题。
[0006]为实现上述目的，本专利技术提供了一种基于迭代距离向压缩机制的GNSS
‑
SAR成像方法，包括以下步骤：
[0007]S1、信号预处理和生成迭代距离向匹配滤波器：将收到的GNSS
‑
SAR回波信号进行预处理，生成初始距离向压缩脉冲信号；基于本机直射信号，进行自相关运算，生成迭代距离向匹配滤波器；
[0008]S2、进行迭代：使用迭代距离向匹配滤波器，对距离向压缩脉冲信号进行一次迭代；
[0009]S3、筛选迭代结果：若迭代结果噪声小于噪声门限值ε，则进入S4；若迭代结果中噪声不小于噪声门限值ε，则进入S2；
[0010]S4、进行方位向压缩：基于噪声小于噪声门限值ε的迭代结果，进行方位向压缩；
[0011]S5、生成GNSS
‑
SAR图像：将每个方位向分辨率格中的结果拼合，生成最终GNSS
‑
SAR图像。
[0012]优选的，在S1中，GNSS
‑
SAR中，表示距离向为t方位向为u时，在距离向时域
内的第k个回波信号；s
m
(t,u)表示距离向为t方位向为u时的本地匹配滤波信号；预处理包括：将与s
m
(t,u)在每一个码周期T内进行相关运算：
[0013][0014]其中，代表预处理的结果，表示伪随机码相关函数；N
r
表示在一个码周期T内，不同码延时的回波信号的总个数；表示回波信号的幅度值；τ(u)表示一个距离向时域内，s
m
(t,u)相对于GNSS卫星发送端的信号传播延时；表示距离向时域内回波信号相对于本地匹配滤波信号s
m
(t,u)的传播延时；和分别代表回波信号和本地匹配滤波信号s
m
(t,u)的载波相位。
[0015]优选的，在S1中，迭代距离向匹配滤波器为：
[0016][0017]优选的，在S2中，进行第一次迭代即对初始距离向压缩脉冲信号进行迭代时，输出结果
[0018][0019]在第n次迭代后，输出结果为：
[0020][0020][0022]优选的，在S3中，设定噪声门限值ε时，数学上建模为二元假设问题：
[0023]H0:T＝n
r
；
[0024][0025]假设噪声方差为σ
v
，脉冲压缩的峰值为μ
s
，式(5)对应的虚警与检测概率可分别表示为：
[0026][0027][0028]选取合适门限值ε的方法可以建模为一优化问题：
[0029][0030]s.t.
ꢀꢀꢀ
0<ε≤μ
s
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(8)
[0031]使用增量算法即可求得设定噪声门限值ε的条件。
[0032]优选的，在S4中，使用联合相干与非相干积分的机制进行方位向压缩：
[0033][0034]其中，T
a
表示方位向分辨率格中的积分时长，m
s
表示非相干积分时长。
[0035]优选的，在S5中，将每个方位向分辨率格中的结果拼合，生成的最终GNSS
‑
SAR图像表达式为：
[0036]I＝[I1,I2,
…
I
i
,
…
,I
M
]ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(10)
[0037]本专利技术具有以下有益效果：
[0038]本专利技术的基于迭代距离向压缩机制的GNSS
‑
SAR成像方法，提出一种基于迭代距离向压缩机制的成像方法，在本方案中，就算进行了多次迭代，依然可以将载波相位信息很好地保留下来，避免了信息的损失，使得本方案具有较好的准确性；使用联合相干与非相干积分的机制进行方位向压，使得本方案中可以优化方位向的信号增益，进而使得本方法的整个成像增益达到最佳效果。本专利技术能够增强压缩脉冲信号的峰值以最大限度的提升图像信噪比，从而提升目标物体可探测程度，进而拓展GNSS
‑
SAR的探测距离。
[0039]除了上面所描述的目的、特征和优点之外，本专利技术还有其它的目的、特征和优点。下面将参照附图，对本专利技术作进一步详细的说明。
附图说明
[0040]构成本申请的一部分的附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。在附图中：
[0041]图1是本专利技术优选实施例的流程示意图。
[0042]图2是本专利技术优选实施例的实验1中的仿真模型图。
[0043]图3是本专利技术优选实施例的实验1中现有最新的后向散射本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于迭代距离向压缩机制的GNSS
‑
SAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、信号预处理和生成迭代距离向匹配滤波器：将收到的GNSS
‑
SAR回波信号进行预处理，生成初始距离向压缩脉冲信号；基于本机直射信号，进行自相关运算，生成迭代距离向匹配滤波器；S2、进行迭代：使用所述迭代距离向匹配滤波器，对距离向压缩脉冲信号进行一次迭代；S3、筛选迭代结果：若迭代结果噪声小于噪声门限值ε，则进入S4；若迭代结果中噪声不小于噪声门限值ε，则进入S2；S4、进行方位向压缩：基于噪声小于噪声门限值ε的迭代结果，进行方位向压缩；S5、生成GNSS
‑
SAR图像：将每个方位向分辨率格中的结果拼合，生成最终GNSS
‑
SAR图像。2.根据权利要求1所述的基于迭代距离向压缩机制的GNSS
‑
SAR成像方法，其特征在于，在S1中，GNSS
‑
SAR中，表示距离向为t方位向为u时，在距离向时域内的第k个回波信号；s
m
(t,u)表示距离向为t方位向为u时的本地匹配滤波信号；所述预处理包括：将与s
m
(t,u)在每一个码周期T内进行相关运算：其中，代表预处理的结果，表示伪随机码相关函数；N
r
表示在一个码周期T内，不同码延时的回波信号的总个数；表示回波信号的幅度值；τ(u)表示一个距离向时域内，s
m
(t,u)相对于GNSS卫星发送端的信号传播延时；表示距离向时域内回波信号相对于本地匹配滤波信号s
m
(t,u)的传播延时；和分别代表回波信号和本地匹配滤波信号s
m
(t,u)的载波相位。3.根据权利要求2所述的基于迭代距离向...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑昱，张竹娴，朱培栋，吴鹏，
申请(专利权)人：长沙学院，
类型：发明
国别省市：