技术领域
[0001] 本
发明属于雷达
信号处理领域，具体涉及基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法。
背景技术
[0002] 侦察
定位根据侦察机是否发射信号可以将定位方式分为无源侦察定位和有源侦察定位。无源定位与有源定位相比，它不发射信号，即不暴露自身
位置，克服了有源定位容易暴露目标的缺点，只要接收到目标上发射的电磁信号，对信号进行测量和处理以得到其位置以及参数信息，并计算得到运动轨迹，因此无源定位具有隐身性能和作用范围广的特点。随着
电子信号技术的迅猛发展，无源定位技术越来越广泛应用于多个领域范围。宽带雷达信号源是无源定位的重要目标之一。考虑到宽带雷达信号脉冲间的相干性，将
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)中合成孔径的思想引入无源定位。
[0003] 无源定位技术主要有以下几种：方向测量定位技术、到达时间差(TDOA： Time Difference of Arrival)定位技术、到达
频率差(FDOA：Frequency Difference of Arrival)定位技术，还有TDOA/FDOA联合定位技术等。TDOA 定位和FDOA定位都需要三个以上的接收机，TDOA定位测量信号到达不同的接收机产生的到达时间差，从而确立时差曲线对信号源进行定位。 TDOA/FDOA联合定位只需要两个接收机，通过一个时差曲线和一个频差曲线就可以对信号源进行定位，减少了接收机的使用。目前已经提出了很多TDOA/FDOA联合定位的
算法，其中模糊函数法是经典的时差频差联合估计算法。
[0004] 一般在做信号侦察时，信号源为非合作信号，参数未知，为了获得信号源的完整信息，信号的
采样率一般很高，并且以合成孔径的方式录取数据，需要在短时间内连续采样，在这种情况下，数据量时十分巨大，这会给观测平台间的数据传输带来很大压
力。
发明内容
[0005] 为了解决
现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
[0006] 基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法，包括：
[0007] 获取第一雷达信号和第二雷达信号；
[0008] 对所述第一雷达信号和所述第二雷达信号进行去载频操作得到去载频后的第一雷达信号和去载频后的第二雷达信号；
[0009] 对所述去载频后的第一雷达信号和所述去载频后的第二雷达信号分别进行距离维压缩得到第一距离维
压缩信号和第二距离维压缩信号；
[0010] 对所述第一距离维压缩信号和所述第二距离维压缩信号分别进行方位维压缩操作得到第一压缩信号和第二压缩信号；
[0011] 对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行时差估计操作与频差估计操作得到时差和频差，以对所述第一雷达信号和第二雷达信号的信号源进行定位。
[0012] 在本发明的一个
实施例中，对所述去载频后的第一雷达信号和所述去载频后的第二雷达信号分别进行距离维压缩得到第一距离维压缩信号和第二距离维压缩信号，包括：
[0013] 对所述去载频后的第一雷达信号和所述去载频后的第二雷达信号进行快时间傅里叶变换操作得到第一距离频域信号和第二距离频域信号；
[0014] 根据所述去载频后的第一雷达信号构建匹配函数；
[0015] 所述第一距离频域信号和第二距离频域信号分别与所述匹配函数相乘得到初级第一距离维压缩信号和初级第二距离维压缩信号；
[0016] 根据楔石形变换对所述初级第一距离维压缩信号和所述初级第二距离维压缩信号分别进行线性
相位走动项校正得到第一校正后信号和第二校正后信号；
[0017] 对所述第一校正后信号和所述第二校正后信号进行距离向傅里叶逆变换得到第一距离维压缩信号和第二距离维压缩信号。
[0018] 在本发明的一个实施例中，对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行时差估计操作与频差估计操作得到时差和频差，包括：
[0019] 对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行到达时间估计和多普勒频率估计得到粗时间差估计和粗频率差估计；
[0020] 对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行截取操作得到第一截取信号和第二截取信号；
[0021] 对所述第一截取信号和所述第二截取信号进行二维相关操作得到精时间差估计和精频率差估计；
[0022] 对所述粗时间差估计和所述精时间差估计进行求和得到时差；
[0023] 对所述粗频率差估计和所述精频率差估计进行求和得到频差。
[0024] 在本发明的一个实施例中，对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行到达时间估计和多普勒频率估计得到粗时间差估计和粗频率差估计，包括：
[0025] 根据所述第一压缩信号和所述第二压缩信号得到粗估计到达时间
[0026] 其中，1/Fs为距离向采样间隔，η1为第一压缩信号峰值处距离向位置，η2为第二压缩信号峰值处距离向位置；
[0027] 根据所述第一压缩信号和所述第二压缩信号得到信号峰值
处方位向位置β1、β2，并得到第一压缩信号和第二压缩信号的粗估计多普勒
[0028] 其中，M为方位向采样点数，1/Tr为脉冲重复频率；
[0029] 根据所述第一压缩信号和所述第二压缩信号的粗估计达到时间和粗估计多普勒得到粗估计时差Δt1和粗估计频差Δf1：
[0030]
[0031] 在本发明的一个实施例中，对所述第一截取信号和所述第二截取信号进行二维相关操作得到精时间差估计和精频率差估计，包括：
[0032] 根据第一截取信号Ss1(tr,fa)和第二截取信号Ss2(tr,fa)得到二维相关函数F(τ,v)：
[0033] 其中，v为频差，τ为时差；
[0034] 根据所述二维相关函数进行相关操作，并对相关操作结果进行最大值搜索得到精确估计时差τ和精确估计频差v。
[0035] 本发明的有益效果：
[0036] 本发明首先对采集的信号数据排成二维矩阵，通过估计的调频率在距离向进行
脉冲压缩，方位向进行傅里叶变换使信号在频域聚焦，平台间数据传输量大大减少，通过峰值检测得到每个通道到达时间(TOA，Time of Arrival)和多普勒中心，双通道数据相减得到粗估计的时差TDOA和频差 FDOA。将峰值周围区域的数据进行相关得到精确的TDOA/FDOA，并且本方法具有单通道处理的能力，也有双通道联合处理的
精度。
[0037] 以下将结合
附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
[0038] 图1是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法的步骤示意图；
[0039] 图2是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法具体步骤
框图；
[0040] 图3是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法第一压缩信号的SAR成像图；
[0041] 图4是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法第二压缩信号的SAR成像图；
[0042] 图5是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法双通道数据二维相关后的精时差估计和精频差估计成像图。
具体实施方式
[0043] 下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
[0044] 请参见图1，图1是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法的步骤示意图，包括：
[0045] 获取第一雷达信号和第二雷达信号；
[0046] 对所述第一雷达信号和所述第二雷达信号进行去载频操作得到去载频后的第一雷达信号和去载频后的第二雷达信号；
[0047] 对所述去载频后的第一雷达信号和所述去载频后的第二雷达信号分别进行距离维压缩得到第一距离维压缩信号和第二距离维压缩信号；
[0048] 对所述第一距离维压缩信号和所述第二距离维压缩信号分别进行方位维压缩操作得到第一压缩信号和第二压缩信号；
[0049] 对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行时差估计操作与频差估计操作得到时差和频差，以对所述第一雷达信号和第二雷达信号的信号源进行定位。
[0050] 具体的，请参见图2，图2是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法具体步骤框图，根据斜距历程 R1(ta)≈R10+a1ta将发射源信号形式为p(t)的第一雷达信号和第二雷达信号可以表示为：
[0051]
[0052] 其中，tr是距离快时间，t1和t2分别为第一雷达信号和第二雷达信号的采样初始时刻，α1和α2分别为第一雷达信号和第二雷达信号方位延时因子。
[0053] 更进一步地，斜距历程中慢时间的零次项代表时差，慢时间的一次项代表多普勒频差。
[0054] 对第一雷达信号和第二雷达信号进行去载频操作得到去载频后的第一雷达信号和去载频后的第二雷达信号：
[0055]
[0056] 其中，exp(·)为指数项，fc1和fc2分别为第一雷达信号和第二雷达信号的估计载频。
[0057] 本发明首先对采集的信号数据排成二维矩阵，通过估计的调频率在距离向进行脉冲压缩，方位向进行傅里叶变换使信号在频域聚焦，平台间数据传输量大大减少，通过峰值检测得到每个通道到达时间(TOA，Time of Arrival)和多普勒中心，双通道数据相减得到粗估计的时差TDOA和频差 FDOA。将峰值周围区域的数据进行相关得到精确的TDOA/FDOA。本方法具有单通道处理的能力，也有双通道联合处理的精度。
[0058] 在本发明的一个实施例中，对所述去载频后的第一雷达信号和所述去载频后的第二雷达信号分别进行距离维压缩得到第一距离维压缩信号和第二距离维压缩信号，包括：
[0059] 对所述去载频后的第一雷达信号和所述去载频后的第二雷达信号进行快时间傅里叶变换操作得到第一距离频域信号和第二距离频域信号；
[0060] 根据所述去载频后的第一雷达信号构建匹配函数；
[0061] 所述第一距离频域信号和所述第二距离频域信号分别与所述匹配函数相乘得到初级第一距离维压缩信号和初级第二距离维压缩信号；
[0062] 根据楔石形变换(keystone变换)对所述初级第一距离维压缩信号和所述初级第二距离维压缩信号分别进行线性相位走动项校正得到第一校正后信号和第二校正后信号；
[0063] 对所述第一校正后信号和所述第二校正后信号进行距离向傅里叶逆变换得到第一距离维压缩信号和第二距离维压缩信号。
[0064] 具体的，得到去载频后的第一雷达信号后，对去载频后的第一雷达信号和去载频后的第一雷达信号进行快时间傅里叶变换操作得到第一距离频域信号Ss1(fr,ta)和第二距离频域信号Ss2(fr,ta)，fr为距离向频域；再对去载频后的第一雷达信号进行取共轭操作构造匹配函数Ss*(fr,tac)(在其他实施例中，选取合成孔径中心时刻的数据构造匹配函数)，即：
[0065] Ss*(fr,tac)＝conj(Ss1(fr,tac))，
[0066] 其中，conj(·)为共轭，tac为合成孔径中心时刻。
[0067] 进一步地，利用匹配函数分别对第一距离频域信号Ss1(fr,ta)和第二距离频域信号Ss2(fr,ta)进行
数据压缩处理，得到初级第一距离维压缩信号和初级第二距离维压缩信号：
[0068]
[0069] 更进一步地，请参见图3、图4，图3是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法第一压缩信号的SAR 成像图，图4是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法第二压缩信号的SAR成像图；keystone变换公式为：
[0070] fc1(τa-tac)＝(fc1+fr)(ta-tac)，其中，τa为新的时间域；初级第一距离维压缩信号和初级第二距离维压缩信号经过keystone变换校正后的第一校正后信号Ss'comp1(fr,ta)和第二校正后信号Ss'comp2(fr,ta)，使得在新的时间域下，信号不再出现走动，在方位向处理的时候信号能够聚焦；再对第一校正后信号Ss'comp1(fr,ta)和第二校正后信号Ss'comp2(fr,ta)进行距离向傅里叶变换得到第一距离维压缩信号Ss”comp1(tr,ta)和第二距离维压缩信号Ss”comp2(tr,ta)；对第一距离维压缩信号Ss”comp1(tr,ta)和第二距离维压缩信号进行方位向傅里叶变换得到第一压缩信号Ss'1(tr,fa)和第二压缩信号Ss'2(tr,fa)。
[0071] 在本发明的一个实施例中，对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行时差估计操作与频差估计操作得到时差和频差，包括：
[0072] 对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行到达时间估计和多普勒频率估计得到粗时间差估计和粗频率差估计；
[0073] 对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行截取操作得到第一截取信号和第二截取信号；
[0074] 对所述第一截取信号和所述第二截取信号进行二维相关操作得到精时间差估计和精频率差估计；
[0075] 对所述粗时间差估计和所述精时间差估计进行求和得到时差；
[0076] 对所述粗频率差估计和所述精频率差估计进行求和得到频差。
[0077] 在本发明的一个实施例中，对所述第一压缩信号和所述第二压缩信号进行到达时间估计和多普勒频率估计得到粗时间差估计和粗频率差估计，包括：
[0078] 根据所述第一压缩信号和所述第二压缩信号得到粗估计到达时间
[0079] 其中，1/Fs为距离向采样间隔，η1为第一压缩信号峰值处距离向位置，η2为第二压缩信号峰值处距离向位置；
[0080] 根据所述第一压缩信号和所述第二压缩信号得到信号峰值处方位向位置β1、β2，并得到第一压缩信号和第二压缩信号的粗估计多普勒
[0081] 其中，M为方位向采样点数，1/Tr为脉冲重复频率；
[0082] 根据所述第一压缩信号和所述第二压缩信号的粗估计达到时间和粗估计多普勒得到粗估计时差Δt1和粗估计频差Δf1：
[0083]
[0084] 在本发明的一个实施例中，请参见图5，图5是本发明实施例提供的一种基于双通道联合处理的合成孔径宽带信号源侦察成像方法双通道数据二维相关后的精时差估计和精频差估计成像图，对所述第一截取信号和所述第二截取信号进行二维相关操作得到精时间差估计和精频率差估计，包括：
[0085] 根据第一截取信号Ss1(tr,fa)和第二截取信号Ss2(tr,fa)得到二维相关函数F(τ,v)：
[0086] 其中，v为频差，τ为时差；
[0087] 根据所述二维相关函数进行相关操作，并对相关操作结果进行最大值搜索得到精确估计时差τ和精确估计频差v。
[0088] 具体的，根据第一压缩信号和第二压缩信号得到峰值位置选取数据有效区域，并根据截取操作，即根据所述峰值位置选取数据有效区域得到第一截取信号Ss1(tr,fa)和第二截取信号Ss2(tr,fa)；
[0089] 进一步地，根据粗估计的时差和粗估计的频差以及精确估计时差和精确估计频差得到时差和频差：
[0090]
[0091] 下面结合仿真实验对本发明的效果做进一步说明。
[0092] 1、仿真数据参数
[0093] 信号带宽为20MHz，
采样频率为100MHz，脉冲重复频率为1000Hz，预设第一雷达信号对应的通道1的通道1的多普勒为5853.4Hz，第二雷达信号对应的通道2的多普勒为3526.3Hz，多普勒差为2327.1Hz，通道间的时差为1.232636e-6(s)。
[0094] 2、仿真结果分析
[0095] 本方法通过粗估计得到的多普勒为5869Hz，通道2的多普勒为3516Hz，多普勒频差为2353.1Hz，得到的时差为1.31e-6(s)；通过精确估计得到的多普勒频差为-26.5625Hz，时差为1.1e-7(s)。最终得到的多普勒频差为 2326.6Hz，时差为1.2e-6(s)。可以看出本方法能够获得比较精确的时差和频差。
[0096] 以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。
