雙波段sar-gmti融合解速度模糊

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1、雙波段SAR/GMTI融合解速度模糊馬騰，陳華杰，彭冬亮（杭州電子科技大學(xué)通信信息傳輸與融合技術(shù)國(guó)防重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，浙江杭州310018）摘要：針對(duì)常規(guī)的SAR/GMTI系統(tǒng)中，方位向速度過(guò)大產(chǎn)生的速度模糊問(wèn)題，提出一種雙波段融合解速度模糊算法。首先分別在各個(gè)波段下進(jìn)行目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)，然后根據(jù)各個(gè)波段下的最大可檢測(cè)速度得到兩個(gè)測(cè)速集合，搜索兩個(gè)集合的交集得到估計(jì)的模糊速度。在不提高硬件要求和不損失估計(jì)精度的情況下，該方法可以有效地解決方位向上的速度模糊問(wèn)題。理論分析和計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果驗(yàn)證了該方法的有效性。關(guān)鍵字：SAR/GMTI系統(tǒng)；運(yùn)動(dòng)參數(shù)；模

2、糊速度;雙波段融合中圖分類(lèi)號(hào)：TN911?34文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A：1004?373X（2015）10?0032?04收稿日期：2014?11?270引言動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)是合成孔徑雷達(dá)（SAR）的難點(diǎn)和熱點(diǎn)問(wèn)題[1?3]。地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（GMTI）技術(shù)可以檢測(cè)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，SAR/GMTI模式可以將動(dòng)目標(biāo)和SAR圖像背景結(jié)合在一起[4]。三通道DPCA是SAR/GMTI系統(tǒng)中最經(jīng)典的系統(tǒng)[5]，能有效提高運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)性能，但同時(shí)也帶來(lái)了盲速和速度模糊的問(wèn)題，這是因?yàn)楦缮嫦辔灰?π為周期，所以隨著目標(biāo)徑向速度的增大而有可能出現(xiàn)折疊，大大

3、影響了系統(tǒng)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的測(cè)速和定位[6]。針對(duì)盲速和速度模糊的問(wèn)題，利用了天線斜置，放置天線不同間隔的方法[2，6]，可以初步解決速度模糊問(wèn)題，但對(duì)硬件要求較高。利用信號(hào)的幅值和相位信息可以去解決速度模糊，以及利用子孔徑之間的相關(guān)性也可以消除模糊問(wèn)題[7?8]，當(dāng)縮小天線之間的間隔時(shí)，可以增大模糊速度的上限，但對(duì)于慢速弱目標(biāo)的響應(yīng)會(huì)變差。另外利用子孔徑的相關(guān)性會(huì)縮小合成孔徑時(shí)間，降低了結(jié)果的精度。速度模糊是由于多通道的體制原因所產(chǎn)生的，為此在不損失原有多通道DPCA參數(shù)估計(jì)的檢測(cè)精度的情況下，可以在原有的基礎(chǔ)上增加自由度解決速度模糊的問(wèn)題。由于

4、不同的波長(zhǎng)下速度模糊的區(qū)間有所不同，可以在雙波段的模式下解速度模糊。本文主要研究在GMTI模式下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)和定位，通過(guò)雙波段融合在不損失測(cè)速精度和不增加硬件要求的情況下解決三通道DPCA系統(tǒng)中存在的盲速和速度模糊問(wèn)題。1三通道DPCA模型假設(shè)三通道天線的收發(fā)模式如圖1所示，采用單孔徑發(fā)射，三孔徑同時(shí)接收。SAR處于正側(cè)式工作狀態(tài)，中間天線O發(fā)射脈沖重復(fù)周期為T(mén)的調(diào)頻信號(hào)，天線A、B和O分別接收回波信號(hào)，相鄰天線AO與BO相等，且滿足DPCA條件d=2nTV。V為載機(jī)飛行速度，H為載機(jī)飛行高度，（X，Y，O）為動(dòng)目標(biāo)的初始位置，vx，vy分

5、別為動(dòng)目標(biāo)的方位向速度和距離向速度?？紤]到GMTI的關(guān)鍵是方位向信號(hào)處理，因此在原始數(shù)據(jù)域上的DPCA是經(jīng)過(guò)距離壓縮之后，進(jìn)行雜波抑制的。2雙波段解速度模糊上面給出了三通道DPCA的模型，這里所做的DPCA是在距離多普勒域進(jìn)行的，經(jīng)過(guò)DPCA處理之后得到的信號(hào)近似為線性調(diào)頻波，對(duì)該信號(hào)所攜帶的信息進(jìn)行分析可以得到動(dòng)目標(biāo)的位置和速度。因此本文提出了在雙波段分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的參數(shù)估計(jì)，通過(guò)所得到的結(jié)果進(jìn)行融合，在雙波段的模式下解速度模糊。2.1單波段三通道DPCA參數(shù)估計(jì)把上面得到的兩路信號(hào)提取出來(lái)，檢測(cè)出R0同時(shí)求出多普勒調(diào)頻率Ka和中心頻率f

6、。求中心頻率使用的方法是雜波鎖定法，雜波鎖定法[9]就是求出信號(hào)的功率譜密度，功率譜密度對(duì)應(yīng)的頻率就是中心頻率。在求多普勒調(diào)頻率時(shí)使用的是子孔徑相關(guān)法，子孔徑相關(guān)法[9]是將孔徑在頻域上分成兩個(gè)子孔徑，由于chirp信號(hào)的頻率隨時(shí)間變化的特性，求兩個(gè)子孔徑的成像之后的相關(guān)系數(shù)，確定條頻率的差值，然后進(jìn)行下次迭代，直到求出的調(diào)頻率達(dá)到要求。這樣就得到3個(gè)參數(shù)，為了實(shí)現(xiàn)估計(jì)還需要一個(gè)參數(shù)，本文采用的是文獻(xiàn)[1]當(dāng)中提出的兩路信號(hào)的幅值相比的方法即：這樣就得到了4個(gè)方程式（5），式（7），式（9）可以求解運(yùn)動(dòng)參數(shù)，在求解過(guò)程中可以先根據(jù)調(diào)頻率先近似

7、求出切向速度vx，然后根據(jù)中心頻率求出x軸的坐標(biāo)，然后根據(jù)初始位置R0求出y軸坐標(biāo)，然后根據(jù)幅值的比值求出徑向速度vy。整個(gè)算法流程圖如圖2所示。2.2雙波段解運(yùn)動(dòng)目標(biāo)速度模糊通過(guò)上面介紹的求運(yùn)動(dòng)參數(shù)的方法可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)距離項(xiàng)上的速度vy大于一定值時(shí)會(huì)導(dǎo)致式（9）中的余弦項(xiàng)大于π2，這時(shí)就會(huì)發(fā)生相位折疊，產(chǎn)生速度模糊。同時(shí)可以發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生速度模糊vy的最大值，即產(chǎn)生速度模糊的區(qū)間與波長(zhǎng)λ有關(guān)。為此本文提出了在不同波段的工作模式下分別估計(jì)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方位向速度，然后不斷向上搜索的方式找到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的精確方位向速度。對(duì)于2個(gè)不同的波段最大的不模糊徑向速度

8、分別為：這2個(gè)集合通常只有一個(gè)元素相交，即為實(shí)際的速度。這樣就在雙波段模式下解速度模糊。然而在實(shí)際的場(chǎng)景中，由于雜波等因素的影響無(wú)法精確估計(jì)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)參數(shù)，根