星載三通道sar-gmti自適應雜波抑制方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種星載三通道SAR-GMTI自適應雜波抑制方法，涉及自適應雜波抑制，包括：步驟1，得到距離壓縮后的距離多普勒域目標回波信號；步驟2，得到距離壓縮后的距離多普勒域回波信號；步驟3，三個通道的第l號待檢測距離單元的數(shù)據(jù)Xl；步驟4，得到第l號待檢測距離單元每個多普勒單元的自適應雜波抑制后的數(shù)據(jù)；步驟5，令待檢測距離單元的數(shù)目l增加1，重復步驟2～4，直至l等于L，即完成L個距離單元雜波抑制，輸出L個距離單元雜波抑制后的數(shù)據(jù)Y。本發(fā)明用于抑制三通道SAR-GMTI系統(tǒng)接收到的地雜波。
【專利說明】星載三通道SAR-GMTI自適應雜波抑制方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及自適應雜波抑制，具體的說是一種星載三通道合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)-地面運動目標檢測(Ground MovingTarget Indicat1n,GMTI)自適應雜波抑制方法，用于抑制三通道SAR-GMTI系統(tǒng)接收到的地雜波。

【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑概念的提出和SAR的發(fā)明是二十世紀雷達技術(shù)發(fā)展史上的一次重大突破。SAR通過發(fā)射大帶寬信號獲得距離上的高分辨能力，依靠雷達平臺與目標間的相對運動形成大的合成孔徑，從而獲取方位上的高分辨能力。距離和方位高分辨率的獲得使SAR能夠全天候、全天時、遠距離地獲取類似于光學成像的大測繪帶二維圖像，大大提高了雷達的信息獲取能力。鑒于以上優(yōu)點，近年來SAR得到了廣泛的關(guān)注和應用。其中，星載三通道SAR-GMTI系統(tǒng)因其在交通監(jiān)控和戰(zhàn)場偵察中的重要作用而成為一個研究熱點。
[0003]對于星載SAR-GMTI系統(tǒng)，由于雷達工作在下視狀態(tài)，回波中不可避免地包含了大量的地雜波，且地雜波的頻譜可能與目標的頻譜重疊，因而目標可能會被強地雜波淹沒，從而嚴重影響星載SAR-GMTI系統(tǒng)對目標的檢測。為解決上述問題，需要發(fā)明有效的雜波抑制方法來抑制地雜波，提高系統(tǒng)對目標的檢測性能。
[0004]偏置相位中心天線(Displaced Phase Centre Antenna,DPCA)技術(shù)是最常用的兩通道SAR-GMTI技術(shù)之一，該技術(shù)通過將兩幅圖像兩兩相減來抑制雜波。但是，DPCA技術(shù)是針對兩通道SAR-GMTI系統(tǒng)設(shè)計的。當SAR-GMTI系統(tǒng)通道數(shù)大于二時，DPCA技術(shù)不能完全積累目標信號的能量。此外，由于DPCA技術(shù)僅利用兩個自由度來抑制雜波，雜波抑制能力非常有限。因此，對于多通道SAR-GMTI系統(tǒng)，DPCA技術(shù)不是最優(yōu)的。為解決上述問題，德國高能物理與雷達技術(shù)研究所的Ender、Cerutt1-Maori等人提出了基于自適應雜波抑制的多通道SAR-GMTI方法，該方法在距離多普勒域進行自適應雜波抑制。發(fā)明人發(fā)現(xiàn)，上述方法忽略了相鄰多普勒單元數(shù)據(jù)的相關(guān)性，從而限制了多通道SAR-GMTI系統(tǒng)的雜波抑制性能，進而限制了系統(tǒng)對目標的檢測能力。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對上述多通道SAR-GMTI距離多普勒域自適應雜波抑制方法的缺點，本發(fā)明提出了一種星載三通道SAR-GMTI自適應雜波抑制方法，該方法在距離多普勒域?qū)γ總€多普勒單元數(shù)據(jù)聯(lián)合相鄰的兩個多普勒單元數(shù)據(jù)進行自適應雜波抑制。
[0006]為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0007]一種星載三通道SAR-GMTI自適應雜波抑制方法，其特征在于，包括以下步驟:
[0008]步驟1，建立目標原始回波信號模型，根據(jù)目標原始回波信號得到距離頻率域目標回波信號；根據(jù)距離頻率域目標回波信號構(gòu)造距離頻率域距離壓縮濾波器；根據(jù)距離頻率域目標回波信號和距離頻率域距離壓縮濾波器得到距離壓縮后的距離多普勒域目標回波信號;
[0009]步驟2，星載三通道SAR-GMTI系統(tǒng)接收三通道原始回波信號，對接收到的三通道原始回波信號分別進行距離向傅里葉變換得到距離頻率域回波信號，再根據(jù)距離頻率域距離壓縮濾波器對距離頻率域回波信號分別進行距離壓縮，得到距離壓縮之后的回波信號，并將距離壓縮之后的回波信號變換到距離多普勒域，得到距離壓縮后的距離多普勒域回波信號;
[0010]步驟3，從每一通道距離壓縮后的距離多普勒域回波信號中取出第I號待檢測距離單元的數(shù)據(jù)Xu，I表示通道序號，i = 1，2，3, I = 1，...，L, L為需要進行目標檢測的距離單元的個數(shù)，則三個通道的第I號待檢測距離單元的數(shù)據(jù)X1表示為:
[0011] X1 = [X11, x12，X13]
[0012]其中，為第I通道第I號距離單元的數(shù)據(jù)，Xl,2為第2通道第I號距離單元的數(shù)據(jù)，X1,3為第3通道第I號距離單元的數(shù)據(jù)，Xu、Xl，2和Xl，3維數(shù)均為KX 1，K為需要進行目標檢測的多普勒單元的個數(shù)；
[0013]步驟4，在三個通道的第I號待檢測距離單元的數(shù)據(jù)X1中，構(gòu)建三個相鄰多普勒單元的數(shù)據(jù)的空時數(shù)據(jù)矢量ζ1Λ ;再根據(jù)步驟I得到的距離壓縮后的距離多普勒域目標回波信號構(gòu)造三個相鄰多普勒單元的目標的空時導向矢量Dlik ;根據(jù)三個相鄰多普勒單元的目標的空時導向矢量Dy求解權(quán)向量Wl，k ;利用權(quán)向量Wu對空時數(shù)據(jù)矢量ζ1Λ進行自適應雜波抑制，得到第I號待檢測距離單元第k個多普勒單元的自適應雜波抑制后的數(shù)據(jù)yi，k ;再完成第I號待檢測距離單元每個多普勒單元的自適應雜波抑制后的數(shù)據(jù)h = [yu，Y1,2)…,Yi,Jt;
[0014]步驟5，令待檢測距離單元的數(shù)目I增加1，重復步驟2~4，直至I等于L，即完成L個距離單元雜波抑制，輸出L個距離單元雜波抑制后的數(shù)據(jù)Y，Y =
[0015]上述技術(shù)方案的特點和進一步改進在于:
[0016](1)步驟I包括以下子步驟:
[0017]Ia)目標到第i個通道的瞬時距離表示為:
[0018]

【權(quán)利要求】
1.一種星載三通道SAR-GMTI自適應雜波抑制方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1，建立目標原始回波信號模型，根據(jù)目標原始回波信號得到距離頻率域目標回波信號；根據(jù)距離頻率域目標回波信號構(gòu)造距離頻率域距離壓縮濾波器；根據(jù)距離頻率域目標回波信號和距離頻率域距離壓縮濾波器得到距離壓縮后的距離多普勒域目標回波信號; 步驟2，星載三通道SAR-GMTI系統(tǒng)接收三通道原始回波信號，對接收到的三通道原始回波信號分別進行距離向傅里葉變換就得到距離頻率域回波信號，再根據(jù)距離頻率域距離壓縮濾波器對距離頻率域回波信號分別進行距離壓縮，得到距離壓縮之后的回波信號，并將距離壓縮之后的回波信號變換到距離多普勒域，得到距離壓縮后的距離多普勒域回波信號; 步驟3，從每一通道距離壓縮后的距離多普勒域回波信號中取出第I號待檢測距離單元的數(shù)據(jù)Xu，i表示通道序號，i = 1，2，3, I = 1，...，L, L為需要進行目標檢測的距離單元的個數(shù)，則三個通道的第I號待檢測距離單元的數(shù)據(jù)X1表示為:
X1 — [X1, 1； X1； 2, xI, 3] 其中，Xu為第I通道第I號距離單元的數(shù)據(jù)，Xl，2為第2通道第I號距離單元的數(shù)據(jù)，X1,3為第3通道第I號距離單元的數(shù)據(jù)，X1,X1,2和Xl，3維數(shù)均為KX 1，K為需要進行目標檢測的多普勒單元的個數(shù)； 步驟4，在三個通道的第I號待檢測距離單元的數(shù)據(jù)X1中，構(gòu)建三個相鄰多普勒單元的數(shù)據(jù)的空時數(shù)據(jù)矢量ζ1Λ ;再根據(jù)步驟I得到的距離壓縮后的距離多普勒域目標回波信號構(gòu)造三個相鄰多普勒單元的目標的空時導向矢量Dlik;根據(jù)三個相鄰多普勒單元的目標的空時導向矢量Dy求解權(quán)向量Wl，k ;利用權(quán)向量Wu對空時數(shù)據(jù)矢量ζ1Λ進行自適應雜波抑制，得到第I號待檢測距離單元第k個多普勒單元的自適應雜波抑制后的數(shù)據(jù)yi，k ;再完成第I號待檢測距離單元每個多普勒單元的自適應雜波抑制后的數(shù)據(jù)yi = [yu，Y1,2)…，Y1, JT 步驟5，令待檢測距離單元的數(shù)目I增加I，重復步驟2~4，直至I等于L，即完成L個距離單元雜波抑制，輸出L個距離單元雜波抑制后的數(shù)據(jù)Y，Y =
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種星載三通道SAR-GMTI自適應雜波抑制方法，其特征在于，步驟I包括以下子步驟: la)目標到第i個通道的瞬時距離表示為:
其中，Vx為目標方位向速度，Vy為目標距離向速度，L為慢時間& = O時目標的縱坐標，i表示通道序號，i = I, 2, 3 ； 第i個通道接收到的目標原始回波信號表示為:
其中，Atl為反映動目標散射率的復常數(shù)，仁為快時間，c為光速，wa(ta)為方位包絡，wr(tr)為距離包絡，fc為載頻，Kr為系統(tǒng)發(fā)射信號的調(diào)頻率，ta為慢時間，i = 1,2,3 ；Ib)根據(jù)公式(2)，得到距離頻率域目標回波信號，表達式為:
其中，f；為距離頻率，ta為慢時間，wjf；)為距離頻率包絡，fc為載頻，&為系統(tǒng)發(fā)射信號的調(diào)頻率，A0為反映動目標散射率的復常數(shù)，c為光速,wa(ta)為方位包絡； Ic)根據(jù)距離頻率域目標回波信號的表達式，構(gòu)造距離頻率域距離壓縮濾波器為:
其中，fr為距離頻率，Kr為系統(tǒng)發(fā)射信號的調(diào)頻率； Id)利用距離頻率域距離壓縮濾波器對距離頻率域目標回波信號進行距離壓縮，得到距離壓縮之后的目標回波信號，根據(jù)式(3)和式(2)，距離壓縮之后的目標回波信號表達式為:
其中，f；為距離頻率，ta為慢時間，WJf;)為距離頻率包絡，fc為載頻，&為系統(tǒng)發(fā)射信號的調(diào)頻率，A0為反映動目標散射率的復常數(shù)，C為光速,Wa(ta)為方位包絡； Ie)對距離壓縮后的目標回波信號進行距離向逆傅里葉變換和方位向傅里葉變換，得到距離壓縮后的距離多普勒域目標回波信號，距離壓縮后的距離多普勒域目標回波信號的表達式為:
其中，tr為快時間，B為發(fā)射信號的帶寬，A0為反映動目標散射率的復常數(shù)，c為光速，fa為多普勒頻率，Wa(fa)為多普勒頻率包絡，λ為信號波長，va為雷達平臺速度，νχ為目標方位向速度，Vy為目標距離向速度，％為慢時間ta = O時目標的縱坐標，d為相鄰通道的等效相位中心的間距。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種星載三通道SAR-GMTI自適應雜波抑制方法，其特征在于，步驟4包括以下子步驟: 4a)在三個通道的第I號待檢測距離單元的數(shù)據(jù)X1中，選擇第k-1、k和k+Ι個多普勒單元的數(shù)據(jù)構(gòu)成空時數(shù)據(jù)矢量ζ1Λ:
其中，~Λ/β?)表示第I通道第I號距離單元第k個多普勒單元的數(shù)據(jù)，U人)表示第2通道第I號距離單元第k個多普勒單元的數(shù)據(jù)，.％(.4)表示第3通道第I號距離單元第k個多普勒單元的數(shù)據(jù)，4表示第k個多普勒單元的多普勒頻率，上標T表示非共軛轉(zhuǎn)置，k-1、k和k+1個多普勒單元為三個相鄰多普勒單元； 4b)根據(jù)距離多普勒域目標回波信號的表達式(6)，構(gòu)造位于第I號距離單元第k-l、k和k+Ι個多普勒單元的目標的空時導向矢量Dlik:
其中，&C4)為第I號距離單元第k個多普勒單元的目標的導向矢量；M人,)為第I號距離單元第k-ι個多普勒單元的目標的導向矢量；KfuJ為第I號距離單元第k+Ι個多普勒單元的目標的導向矢量；￥4)的表達式為:
其中，/%表示第k個多普勒單元的多普勒頻率，λ為信號波長，Va為雷達平臺速度，Vx為目標方位向速度，Vy為目標距離向速度，d為相鄰通道的等效相位中心的間距；





4c)通過求解以下公式(10)求解權(quán)向量Wl,k，得到=

其中，
為第k個多普勒單元的協(xié)方差矩陣， Xtrk.Di,k為第I號距離單元第k-1、k和k+i個多普勒單元的目標的空時導向矢量，-%(人)表示第I通道第I號距離單元第k個多普勒單元的數(shù)據(jù)，馬J(Jei)表示第2通道第I號距離單元第k個多普勒單元的數(shù)據(jù)，Χ,ΜΜ示第3通道第I號距離單元第k個多普勒單元的數(shù)據(jù)； 4d)利用權(quán)向量W1,,對空時數(shù)據(jù)矢量Z1,k進行自適應雜波抑制:Λ.* =<n> 其中，hk為第I號待檢測距離單元第k個多普勒單元的自適應雜波抑制后的數(shù)據(jù)，W1,k為權(quán)向量，上標H表示共軛轉(zhuǎn)置； 4e)令k增加I，重復步驟4a)~4d)，直至k等于K，K為需要進行目標檢測的多普勒單元的個數(shù)，得到第I號待檢測距離單元每個多普勒單元的自適應雜波抑制后的數(shù)據(jù):yi =[yi, I，Yi,2> …，Υι,κ]。
【文檔編號】G01S7/41GK104076343SQ201410290129
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2014年6月25日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月25日
【發(fā)明者】王彤, 李永康, 張穎, 吳建新 申請人:西安電子科技大學