动目标检测定位与成像方法研究

(1)
Cexp
S 32 ( t , ^t ) = S 3 ( t , ^t ) - S 2 ( t + M T , ^t ) ·C1≈ - j 2λπ( R2 ( t) + R3 ( t) ) 1 - exp - j 2λπ2 M v r T
(2)
C1 = exp
-j
2π λ
+
2πk c
r
2 ^t -
速度 ^v r ; (4) 完成对动目标的聚焦成像 。 从估计步骤可以看出 ,本文方法的运算量并没有增加 。
的方法[4]估计方位位置将存在一定的误差 。由于 (15) 式中
含有两个待估计量 ,无法直接得到方位位置的估计 , 考虑到
方位速度的估计不依赖于方位位置和径向速度 , 所以本文
将估计步骤进行了改进 , 先由接收回波数据估计多普勒调
频率 ,进而得到方位向速度的估计 ,然后估计多普勒中心频
率 ,最后可由Δφ估计出目标真实的方位位置和径向速度
调频项 ,可以得到
exp
-
j
4π λ
S
′ 21
(
t)
=
S 21 ( t) C2 =
C·
R20
+
h2
+
vrt
+
x20
+
d2 4
+ 2 x0( vx -
va) t
2 R20 + h2
+
<
·
1 - exp - j 2λπ2 M v r T
(9)
S
′ 32
(
t)
= S 32 ( t) C3 = Cexp
-
j
1 - exp
I21 ( f ) =
R
2 0
+
h2
+
2
x
2 0
+
d2 4
R
2 0
+
h2
- j 2λπ2 M v r T I1 ( f )
· (11)
Cexp
I32 ( f ) =
-
j
4π λ
R
2 0
+
h2
+
x
2 0
2
+
d2 2
-
x0 d
R
2 0
+
h2
1 - exp - j 2λπ2 M v r T I2 ( f )
关键词 : 动目标检测 ; DPCA ; 干涉测量 ; SAR 中图分类号 : TP391. 41 文献标识码 : A
Study on the moving target detection , location and imaging
L IU Ying , L IAO Gui2sheng , L I Hai
R
2 0
+
h2
(6)
其几何关系如图 1 所示 。
由 (1) 式可以求出动目标的多普勒中心频率与多普勒 调频率分别为
f d0
=-
2 vr λ
2( +λ
va -
R
2 0
vx) + h2
x0
(7)
f dr = - λ
1
R
2 0
+
(2 ( h2
va
-
v x) 2 + 2 v2r)
(8)
将 S 21 ( t , ^t ) 和 S 32 ( t , ^t ) 分别乘以相位因子 C2 , C3 补偿由 于孔径间隔引起的频率偏差和由于载机运动而引起的线性
2005 年 12 月 第 27 卷 第 12 期
文章编号 :10012506X(2005) 122Leabharlann Baidu099204
系统工程与电子技术 Systems Engineering and Electronics
Dec. 2005 Vol. 27 No. 12
动目标检测 、定位与成像方法研究
刘 颖 , 廖桂生 , 李 海
采用单天线 (单通道) 系统进行杂波抑制主要有三类方
法 ,即根据动目标的多普勒中心频率进行检测的频率检测 法[1] 、根据动目标的多普勒调频率进行检测的反射特性位 移法 ( RDM) 和截断平均法[2] 以及根据动目标的时频特性 进行检测的 WVD 方法和小波变换法[3] 等 。采用多天线 (多通道) 系统进行杂波抑制主要有相位中心偏置天线技术 (DPCA) [5] 、空时自适应处理技术 ( STAP) 以及干涉处理技 术[6 ,7]等 。文献[ 4 ]提出一种基于 DPCA 与干涉技术相结合 的动目标检测 、定位并成像的方法 ,但是该方法忽略了方位 向速度的影响 ,估计精度不是很高 。本文在估计动目标参 数过程中考虑了目标方位向速度的影响 ,使得目标的径向 速度 、方位位置的估计精度有所提高 ,从而能更好的对动目 标进行聚焦成像 ,同时运算量没有增加 。仿真实验验证了 本文方法的有效性 。
2 x0( va λ
- vx) -
R
2 0
+
h2
dvx
-
2 vr λ
-
f
(14)
N 1 为方位傅立叶变换长度 。 可以看出式 (13) (14) 在最大值处的相位差为
Δφ=
-
d2 4π 4 λ2
- x0 d
R
2 0
+
h2
- π( N 1 -
1)
Tλ
dvx
R
2 0
+
h2
(15)
该相位差为目标方位位置和方位向速度的函数 , 按照已有
R1 ( t) = ( R0 + v rt) 2 + h2 + ( x0 + d + ( v x - v a) t) 2≈
R
2 0
+
h2
+
(
x0
+
d
+
(
vx
-
v a) t) 2 + ( v rt) 2 + 2 R0 v rt
R
2 0
+
h2
(4)
R2 ( t) = ( R0 + v rt) 2 + h2 + ( x 0 + ( v x - v a) t) 2≈
R
2 0
+
h2
dv at
R
2 0
+
h2
< = ( ( v x - v a) t) 2 + ( v rt) 2 - ( v at) 2
值得指出的是 ,已有的方法[4] 在上式的推导过程中省
略了含有 v x 的项 ,而且该文中的仿真也是在假设 V x = 0 的 情况下进行的 ,但由于该项的省略对运动参数的估计有一
R
2 0
+
h2
c
4
d2
R
2 0
+
h2
(3)
式中 : t = n T ———方位慢时间 , ^t ———距离快时间 , C = G·
σ0 ( x0 , R0 ,0) ———与目标散射特性有关的常数 , v a ——— 飞机的航向速度 , v x 和 v r ———目标的方位向和径向速度 , T = 1/ prf 为脉冲间隔 , R1 ( t) , R2 ( t) , R3 ( t) 分别为目标到 三孔径中心的距离 ,可表示为
· (12)
第 27 卷 第 12 期
动目标检测 、定位与成像方法研究
·2 101 ·
式中
I1 ( f )
= exp
jπ( N 1 - 1) T
2 x0 ( va - vx)
λ
R
2 0
+
h2
-
2 vr λ
-
f
sinπN 1 T
2 x0 ( va - vx)
λ
R
2 0
+
h2
-
2 vr λ
-
f
si nπ T
(西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室 , 陕西 西安 710071)
摘 要 : 研究基于 DPCA 和干涉技术的 SAR 动目标检测与成像方法 ,提出了在估计运动目标的径向速度和 真实的方位位置的过程中考虑运动目标的方位向速度的影响 ,导出了估计目标的径向速度和真实的方位位置的 表达式 ,在运算量没有增加的前提下使得动目标参数的估计精度有所提高 ,从而可以更好的对运动目标进行定位 与聚焦成像 。给出了应用该方法的具体步骤 ,通过仿真实验验证了本方法的有效性 。
·2 100 ·
系统工程与电子技术
2005 年
(忽略 sin c 函数在最大值附近的变化)
S 21 ( t , ^t ) = S 2 ( t , ^t ) ·C1 - S 1 ( t + M T , ^t ) ≈
Cexp
-
j
2π λ
2 R2 ( t) +
d2 R20 + h2
1 - exp - j 2λπ2 Mvr T
4π λ
R
2 0
+
h2
+
v rt
+
x
2 0
+
d2 2
-
x0 d + 2 x0 ( v x - v a) t -
2
R
2 0
+
h2
1 - exp - j 2λπ2 M v r T
dvxt + <
· (10)
其中
C2
= exp
j
2π λ
( vat) 2
R
2 0
+
h2
C3
= exp
j
2π λ
( v at) 2 +
2 基于 DPCA 与干涉技术的 SAR 动目标检 测的基本原理 [ 4 ]
由文献 [ 4 ] 可知 ,对于间距满足 d = 2 M va T 的三孔径 天线 ,利用相位因子 C1 对三通道接收信号 (经过同步检波 和距离压缩后) 两两采用 DPCA 方法对消地杂波 ,可得到
收稿日期 :2005 - 01 - 19 ; 修回日期 :2005 - 07 - 15 。 基金项目 :国家自然科学基金 (60472097) 作者简介 :刘颖 (1979 - ) ,女 ,博士研究生 ,主要研究方向为阵列信号处理及其在雷达信号处理中的应用等 。E2mail :liuying1927 @126. com
Key words : moving target detection ; DPCA ; interferometry ; SAR
1 引 言
运动目标显示 ( M TI) 是雷达的一项重要任务 ,也是战 场监视的主要内容 ,尤其是从高空运动平台 (包括飞机平台 和卫星平台) 上检测地面慢速运动目标和低空高速运动的 导弹类目标 ,具有机动灵活和远程监视能力 ,将是制约现代 战争的重要手段 。由于平台运动导致的杂波谱往往会影响 它们对地面慢速运动目标的检测性能 ,所以运动平台雷达 检测地面动目标的主要技术难题是要从强地杂波中检测弱 运动目标 ,而其中抑制地物杂波一直是雷达信号处理的前 沿课题 。
R
2 0
+
h2
+
(
x0
+
(
vx
-
v a) t) 2 + ( v rt) 2 + 2 R0 v rt
R
2 0
+
h2
(5)
R3 ( t) = ( R0 + v rt) 2 + h2 + ( x0 - d + ( v x - v a) t) 2≈
R
2 0
+
h2
+
(
x0
-
d + ( vx -
v a) t) 2 + ( v rt) 2 + 2 R0 v rt
定的影响 ,本文中作者仍然保留了含有 v x 的项 , 并在此基 础上研究动目标参数估计的方法 ,对估计步骤进行了改进 ,
从而可以实现对动目标更高精度的估计与定位 。下面具体
阐述本文的估计方法与步骤 。
3 改进后的动目标参数估计方法
对式 (9) (10) 进行方位傅立叶变换 ,得
Cexp
-
j
4π λ
2 x0 ( va - vx)
λ
R
2 0
+
h2
-
2 vr λ
-
f
(13)
I2 ( f )
= exp
jπ( N 1 - 1) T
2 x0 ( va - vx) -
λ
R
2 0
+
h2
dvx -
2 vr λ
-
f
sinπN 1 T
2 x0 ( va - vx) -
λ
R
2 0
+
h2
dvx -
2 vr λ
-
f
si nπ T
( Key L ab f or Radar S ignal Processi ng , Xi dian U niv . , Xi’an 710071 , Chi na)
Abstract : The moving target detection and imaging method based on DPCA and interferometry is studied and im2 proved. The influence of the moving target’s azimuth velocity is considered in estimating the radial velocity and true azimuth position of the moving target . The expressions of the two moving target parameters are derived. The estima2 tion precision of the moving target parameters using this method is improved without the increase of the amount of computation. The procedure of this method is given and the validity is demonstrated by computer simulations finally.
合成孔径雷达 ( synthetic aperture radar ,SAR) 是一种全 天候 、全天时 、穿透性强 、高分辨率的微波成像雷达 ,能够提 供对地物背景的二维图像 。传统 SAR 不涉及对运动目标 的检测和成像能力 。当前对强的地物杂波的抑制成为 SAR 实现运动目标检测的关键 。因此 ,同时获取静止场景及运 动目标检测与成像的结果是军事和民用领域对新体制 SAR 提出的一个迫切需求 ,并已成为广泛关注的热点领域 。