利用距离迁移效应的合成孔径雷达运动目标检测和成像

《利用距离迁移效应的合成孔径雷达运动目标检测和成像》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、利用短时付立叶变换组实现合成孔径雷达运动目标检测王琦王岩飞（中国科学院电子学研究所北京100080）摘要：文章提出了一种新的合成孔径雷达(SAR)运动目标检测和成像方法，利用距离迁移效应检测目标距离向运动速度，结合时频分析方法与频域滤波方法实现对运动目标的成像和检测。对运动目标回波特点和雷达参数的分析证明了这一方法的可行性和有效性。最后通过对包含真实运动目标回波的原始数据进行处理，对该方法进行了验证。关键词合成孔径雷达，运动目标，距离迁移效应，1．引言合成孔径雷达（SAR）是一种高分辨率成像雷达，它采用相干雷达系统和运动中的单个天线模拟真实线性天线阵列，可以获得

2、高分辨率的地物图像。由于SAR具有全天候，高分辨率成像等特点，在许多领域中获得广泛应用。很多情况下，SAR系统除对地面静止目标成像外，还需要对运动目标进行检测和成像，例如辨别地面背景下运动中的车辆船只等。在许多应用中使用高分辨率的合成孔径雷达对成像区域内运动目标进行检测和聚焦成像具有重要的意义，因此成为目前合成孔径雷达研究的重点之一。运动目标回波同地面静止目标雷达回波相比，因目标本身运动参数的影响存在许多差异，如果采用传统的合成孔径成像技术直接处理运动目标回波，其成像结果将出现错误。目标运动对SAR回波的影响主要体现在两个方面，即回波的多普勒中心频率迁移和多普勒

3、调频斜率的改变。多数运动目标成像和检测方法都是检测这两个参数的变化，将运动目标同静止的地面背景区分开。这些检测方法根据原理不同可以分为多普勒频率滤波法、多普勒斜率检测法、时频分析方法和多天线SAR运动目标检测。本文在分析合成孔径雷达运动目标回波特点的基础上，提出了一种新的运动目标检测和成像方法。这种方法将距离迁移效应应用于运动目标检测中，结合时频分析方法与频域滤波方法，对运动目标回波进行成像和目标检测。这一方法被应用于一段包含真实运动目标回波的原始数据处理，得到了运动目标的正确成像，证明了这一方法的有效性。2．运动目标成像特点图1表示运动目标同雷达的几何关系。目

4、标的运动被分解为距离向分量和方位向分量。RcR(t)Vrt+(1/2)art2Vat+(1/2)aat2Vv图1.运动目标同雷达几何关系由图1有（1）设，，。回波信号可以表示为（2）其中的g(x)为天线方向图加权。运动目标的多普勒中心频率和多普勒调频斜率分别为（3）（4）目标距离向和方位向的速度及加速度都会对成像造成影响。距离向速度会引起距离单元位移，在合成孔径时间Ts这段时间里，目标距离向位移导致记录的距离单元数据条带产生距离向迁移。回波能量分布于各个方位线上，造成最终成像的距离向散焦。距离向速度分量的另一个影响是中心频率偏移导致目标图像在方位向的偏移。位移的

5、大小与目标的运动速度相关。(5)方位向的速度和距离向加速度则对回波信号的调频斜率造成影响，从式（2）可见回波信号线性调频项系数变为，使用原来调频斜率进行相关滤波会造成方位向聚焦模糊。3．利用距离迁移效应对运动目标参数检测ΔRΔf方位向频率距离第二节分析中可知，目标运动对回波的影响主要体现为回波距离向迁移、多普勒中心频率偏移以及多普勒斜率变化。以往各种运动目标检测和成像方法多数利用回波多普勒中心频率和斜率的变化对目标的运动参数进行检测，而距离向迁移则被视为为影响检测的一个因素进行消除。尤其在高分辨率合成孔径雷达成像中，由于合成孔径时间较长以及距离向分辨单元ρr较小

6、，距离向速度引起的回波距离向迁移ΔR要远大于ρr，对于目标的成像和检测都极为不利，一般检测方法中需要采取各种措施对距离向迁移效应进行消除。但是，利用这一效应也可以对目标的距离向速度进行估计。图2目标距离-方位频谱图示意图2为一个运动目标在距离-方位向频率域轨迹的示意图，图中阴影条带即运动目标回波在R-F平面上的轨迹。ΔR为目标距离向速度引起的距离向迁移。设合成孔径时间为ΔT，则ΔR=vr*ΔT（6）可知距离向运动速度vr=ΔR/ΔT（7）ΔR可以由图中直接得到，ΔT则可由Δf推导得出。要实现这一运算，首先需要从距离-方位向频域图中将这一条带辨识出来，进行这一辨识

7、比较困难，需要的运算量较大。另外，由于目标方位向运动速度等参数会影响回波多普勒斜率，由频域Δf推导ΔT同样存在误差。为此，采用时频分析方法对经过距离压缩的数据进行处理。截取原始数据中短时间Δt部分，进行短时付立叶变换，可以获得短时间Δt内的回波数据频谱分布。设短时付氏变换长度为Ns，则短时付氏变换频率域的分辨率为PRF/Ns。相应Δt内的目标回波频率变化量（8）忽略目标方位向速度va的影响，在Ns较小情况下，只要满足（9）即可得到（10）这种情况下，由于目标回波的频率变化量低于由于FFT采用时间片较短，变换后在频率域分辨率较低，目标回波在频域图中反映为一个特定频

8、率点。图3短时FFT变换