CN105445704A

CN105445704A - 一种sar图像中的雷达动目标抑制方法

Info

Publication number: CN105445704A
Application number: CN201510848215.3A
Authority: CN
Inventors: 孙光才; 王振东; 李学仕; 邢孟道
Original assignee: Xidian University
Current assignee: Xidian University
Priority date: 2015-11-27
Filing date: 2015-11-27
Publication date: 2016-03-30
Anticipated expiration: 2035-11-27
Also published as: CN105445704B

Abstract

本发明公开了一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，主要思路为：SAR雷达发射端发射线性调频脉冲信号，SAR雷达接收端第m个通道接收线性调频脉冲信号，进而得到包含雷达动目标及静止雷达目标的回波信号，并依次进行距离脉压处理、方位去斜操作和方位FFT操作，得到包含雷达动目标及静止雷达目标的距离方位二维频域信号，进而得到抑制雷达动目标的动态导向矢量，并据此得到抑制雷达动目标信号的无模糊杂波谱的权矢量，计算雷达动目标能量得到抑制的静止雷达目标回波信号，再依次进行IFFT和方位去斜操作，得到杂波抑制后的距离频域方位时域雷达动目标回波信号，并依次进行徙动校正和方位压缩操作，得到雷达动目标抑制后的SAR图像。

Description

一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，特别涉及一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，适用于机载平台或星载平台的SAR雷达成像质量评估。

背景技术

近几年来，由于高分辨率宽测绘带(high-resolutionwide-swath，HRWS)SAR系统的优越性，受到越来越多的关注和研究，并且沿方位向多通道的高分辨率宽测绘带SAR系统高分辨率宽测绘带(high-resolutionwide-swath，HRWS)SAR系统可以用来解决高分辨率和低脉冲重复频率(PRF)之间的矛盾。此外，由于沿方位向的空间自由度可以用来进行杂波抑制，因此同时也为雷达动目标检测提供了机会。

由于使用静止场景的成像方法通常会导致雷达动目标在得到的SAR图像中出现散焦，而且会将雷达动目标聚焦到错误的位置，这是由于雷达动目标在合成孔径时间内是运动的；另外，由于HRWSSAR系统的低方位采样率，一个雷达动目标会沿方位向产生多个鬼影目标，再加上雷达动目标会聚焦到错误的位置，使得掩盖了原本的系统场景，因此，产生的散焦雷达动目标会影响研究人员对SAR图像的理解。

针对这个问题，现有技术公开了一种基于传统空时自适应处理框架的空时滤波方法，该种方法用于抑制SAR图像中的雷达动目标，但是，基于传统的空时自适应处理框架需要相当大的空间自由度，用于抑制HRWSSAR系统重建的SAR图像中的雷达动目标。理论上讲，抑制雷达动目标所需的空间自由度等于系统场景中动目标的个数与HRWSSAR系统中脉冲重复频率(PRF)欠采样数的乘积，这在实际系统中很难得到满足。因此，传统空时自适应处理框架严重限制了空时滤波处理方法的性能。

发明内容

针对以上现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，该方法只需要一个空间自由度就能够抑制SAR图像中的一个雷达动目标，并且方位向互相重合的雷达动目标比较少，同时两个自由度能够用来抑制场景中的多个动目标。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，包括如下步骤：

步骤1，设定SAR雷达为一发多收模式，并设定SAR雷达接收端有M个通道，以及确定SAR雷达发射端的参考通道，所述参考通道发射线性调频脉冲信号，SAR雷达接收端的第m个通道接收所述线性调频脉冲信号，进而得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号，然后对包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号进行距离脉压处理，得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)；

其中，m∈{1,2,...,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数，X表示雷达动目标的方位位置，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，d_m表示从第m个通道到参考通道的方位偏移，t_a表示慢时间，f_r表示距离频率；

步骤2，对包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)依次进行方位去斜操作和方位快速傅里叶变换操作，计算得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号

步骤3，根据包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号构造得到雷达动目标的动态导向矢量a_C,l(f_a)；

步骤4，根据所述雷达动目标的动态导向矢量a_C,l(f_a)，计算得到抑制雷达动目标信号的无模糊杂波谱的权矢量w_C，然后据此计算雷达动目标得到抑制的静止雷达目标回波信号S(f_r,f_a)；

步骤5，对雷达动目标得到抑制的静止雷达目标回波信号S(f_r,f_a)依次进行逆快速傅立叶变换和方位去斜操作，计算得到雷达动目标抑制后的距离频域方位时域静止雷达目标回波信号S(f_r,t_a)；

步骤6，对雷达动目标抑制后的距离频域方位时域静止雷达目标回波信号S(f_r,t_a)依次进行距离徙动校正和方位压缩操作，得到雷达动目标抑制后的SAR图像。

至此，一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法基本完成。

本发明的有益效果：本发明方法首先对雷达动目标的空时谱进行压缩，使得雷达动目标在空时平面中不存在模糊分量，甚至在空时平面中是聚焦的；本发明方法只需要一个空间自由度即可抑制SAR图像中的一个雷达动目标；对于多个雷达动目标，本发明方法提出了动态导向矢量概念，使得一个空间自由度足够抑制沿方位向不重合的聚焦的雷达动目标，这些雷达动目标，并且通过利用动态导向矢量的概念，使得抑制雷达动目标所需空间自由度的个数等于沿方位向互相重合的雷达动目标个数的最大值。在SAR图像中，聚焦之后的雷达动目标是稀疏的，在空时平面中，聚焦之后的雷达动目标稀疏地分布在空间角度或多普勒频率单元上，使得方位向互相重合的雷达动目标比较少，进而使得两个自由度足够用来抑制场景中的雷达动目标。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细说明。

图1是本发明一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法采用的多通道SAR雷达几何结构示意图；其中，SAR雷达平台以速度v沿着X轴飞行，Ref表示中间通道，M表示SAR雷达发射端或接收端的通道总个数，从第m个通道到参考通道的方位偏移表示为d_m，Ref∈{1,2,...,M}，m∈{1,2,...,M}，v_r表示雷达动目标径向速度，v_a表示雷达动目标横向速度，t_c表示雷达目标中心时刻，R_b表示设定的雷达目标最近距离；P(X,R_b)表示横向位置处时雷达动目标在X轴的位置，X表示雷达动目标的方位位置，C(0,R_b)表示横向位置时雷达动目标的场景中心位置；

图2是没有考虑雷达动目标抑制而利用线性约束最小方差(LCMV)准则处理得到的静止场景重建结果示意图；

图3是利用结合二次波束的线性约束最小方差准则(LCMV-QPC)方法进行杂波抑制后得到的数据结果示意图；

图4是雷达动目标的粗聚焦结果示意图；其中，target1～target4表示雷达动目标1～雷达动目标4；

图5是提取了雷达动目标1的信号并变换到距离压缩域与方位慢时间域的结果示意图；

图6是利用楔石形格式(Keystone)变换后得到的雷达动目标结果示意图；

图7是利用模糊数为3的滤波函数得到的走动校正后的结果示意图；

图8是雷达动目标的聚焦结果示意图；

图9是利用本发明的去斜(Deramp)空时自适应处理方法得到的静止场景重建结果示意图；

图10(a)为对应图2沿第2379个距离单元进行方位切片(其中包括雷达动目标3)的结果示意图；

图10(b)表示对应图9沿第2379个距离单元进行方位切片(其中包括雷达动目标3)的结果示意图。

具体实施方法

本发明的一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，包括以下步骤：

步骤1，设定SAR雷达为一发多收模式，并设定SAR雷达接收端有M个通道，以及确定SAR雷达发射端的参考通道，所述参考通道发射线性调频(LMF)脉冲信号，SAR雷达接收端的第m个通道接收所述线性调频(LMF)脉冲信号，进而得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号，然后对包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号进行距离脉压处理，得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)。

其中，m∈{1,2,...,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数，X表示雷达动目标的方位位置，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，d_m表示从第m个通道到参考通道的方位偏移，t_a表示慢时间，f_r表示距离频率。

具体地，参照图1，为本发明一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法采用的多通道SAR雷达几何结构示意图，雷达以速度v沿着X轴飞行，Ref表示中间通道，将中间通道Ref作为参考通道，参考通道发射线性调频(LMF)脉冲信号，从第m个通道到参考通道的方位偏移表示为d_m，Ref∈{1,2,...,M}，m∈{1,2,...,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数；M个通道中每一个通道接收回波信号，v_r表示雷达动目标径向速度，v_a表示雷达动目标横向速度，t_c表示雷达动目标中心时刻，R_b表示设定的雷达动目标最近距离；P(X,R_b)表示横向位置处时雷达动目标在X轴的位置，X表示雷达动目标的方位位置，C(0,R_b)表示横向位置时雷达动目标的场景中心位置，O表示横向位置为0的参考点，R表示雷达动目标的斜距。

然后，确定雷达发射端的参考通道，该参考通道发射线性调频(LMF)脉冲信号，SAR雷达接收端的第m个通道接收所述线性调频(LMF)脉冲信号，进而得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号，然后对包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号进行距离脉压处理，得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)，其具体表达式为：

\begin{matrix} s (f_{r}, t_{a}; d_{m}) = W_{r} (f_{r}) w_{a z} (t_{a} - t_{c}) w_{a n} (d_{m}) \\ \cdot \exp (- j k (R_{b} + v_{r} (t_{a} - t_{c}) + \frac{{((v - v_{a}) (t_{a} - t_{c}) + d_{m} / 2)}^{2}}{2 R_{b}})) \end{matrix} - - - (1)

其中，k＝4π(f_c+f_r)/c，W_r(·)为距离频域窗函数，w_az(·)表示方位时间窗函数，w_an(·)为通道增益，f_r表示距离频率，f_c表示载频，t_a表示慢时间，t_c＝X/(v-v_a)，t_c表示雷达动目标的中心照射时刻，d_m表示从第m个通道到参考通道的方位偏移，v_a表示雷达动目标横向速度，t_c表示雷达动目标中心时刻，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，c表示光速，M表示SAR雷达接收端的通道总个数。

步骤2，对包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)依次进行方位去斜(deramp)操作和方位快速傅里叶变换(fft)操作，计算得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号

具体地，由于在高分辨率宽测绘带(high-resolutionwide-swath，HRWS)SAR系统中，为了得到高分辨率宽测绘带的SAR成像结果，脉冲重复频率(PRF)总是比方位向信号带宽小，由此，所述M个通道中的每一个通道的信号都存在模糊。为了得到抑制雷达动目标的导向矢量表达式，其中一个很重要的步骤就是方位去斜(deramp)操作，所述方位去斜(deramp)操作源自于SAR图像中雷达动目标聚焦时用到的频谱分析仪，使其能够实现压缩雷达动目标的多普勒带宽，具体是将式(1)与方位向去斜函数S_deramp(f_r,t_a；d_m)进行相乘，计算得到方位向去斜(deramp)操作后的距离频域方位时域信号

所述方位向去斜函数S_deramp(f_r,t_a；d_m)的表达式为：

S_{d e r a m p} (f_{r}, t_{a}; d_{m}) = \exp (j \frac{k {((v - v_{a}) t_{a} + d_{m} / 2)}^{2}}{2 R_{b}}) - - - (2)

所述方位向去斜(deramp)操作后的距离频域方位时域信号的表达式为：

\begin{matrix} \hat{s} (f_{r}, t_{a}; d_{m}) = W_{r} (f_{r}) w_{a z} (t_{a} - t_{c}) w_{a n} (d_{m}) \\ \cdot \exp (- j k (R_{b} + v_{r} (t_{a} - t_{c}) + \frac{{((v - v_{a}) (t_{a} - t_{c}) + d_{m} / 2)}^{2}}{2 R_{b}})) \\ \exp (j \frac{k {((v - v_{a}) t_{a} + d_{m} / 2)}^{2}}{2 R_{b}}) \end{matrix}

然后，对方位向去斜(deramp)操作后的距离频域方位时域信号进行方位快速傅里叶变换(fft)操作，计算得到包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号其表达式为：

\begin{matrix} \tilde{S} (f_{r}, t_{a}; d_{m}) = Σ_{i = - (N - 1) / 2}^{(N - 1) / 2} W_{r} (f_{r}) W_{a z} (f_{a} - \frac{2 (f_{c} + f_{r}) {(v - v_{a})}^{2} t_{c}}{{cR}_{b}} + \frac{2 (f_{c} + f_{r}) v_{r}}{c} + i \cdot P R F) \\ \cdot w_{a n} (d_{m}) \exp (j \frac{k (v - v_{a}) t_{c} d_{m}}{2 R_{b}}) \exp (j Φ (f_{r})) \exp (- j 2 {πf}_{a} t_{c}) \end{matrix} - - - (3)

其中，Φ(f_r)＝-4π(f_c+f_r)(R_b-v_rt_c)/c-2π(f_c+f_r)((v-v_a)t_c)²/cR_b，N表示多普勒模糊数，且N为奇数，f_r表示距离频率，t_a表示慢时间，t_c表示雷达动目标的中心照射时刻，f_a表示方位多普勒频率，W_r(·)表示距离频域窗函数，W_az(·)表示方位频域窗函数，w_an(·)表示通道增益，d_m表示从第m个通道到参考通道的方位偏移，c表示光速，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，v_r表示雷达动目标径向速度，v_a表示雷达动目标横向速度，t_c表示雷达动目标中心时刻，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，PRF表示脉冲重复频率，m∈{1,2,...,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数。

步骤3，根据包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号构造得到雷达动目标的动态导向矢量a_C,l(f_a)。

具体地，根据动态导向矢量的概念，以及方位去斜(Deramp)处理的空时自适应处理方法对包含雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号进行分析，获知聚焦的雷达动目标在SAR图像中是稀疏的，并且在空时平面中只存在于空间角度或方位多普勒单元中，在方位向互相重合的雷达动目标数目比较小，实现两个自由度就可以完成SAR图像中雷达动目标得到抑制的目的，据此构造得到雷达动目标的动态导向矢量a_C,l(f_a)，其具体表达式为：

a_{C, l} (f_{a}) = \exp (j 2 π (f_{a} + l \cdot P R F + \frac{2 F (f_{a})}{λ}) \cdot \frac{d}{2 v}) - - - (4)

其中，C表示杂波，l表示雷达动目标的模糊次数，d表示通道间距，且d＝[d₁,d₂,...,d_M]^T，，M表示SAR雷达接收端的通道总个数，f_a表示方位多普勒频率，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，PRF表示脉冲重复频率，λ表示波长，F(f_a)表示方位多普勒频率f_a的阶跃函数，方位多普勒频率f_a的阶跃函数F(f_a)的结构由雷达动目标的分布决定，方位多普勒频率f_a的阶跃函数F(f_a)的函数值可以通过最小化雷达动目标的信杂噪比(signal-to-clutter-plus-noiseratio,SCNR)来确定，所述信杂噪比(SCNR)定义为在SAR图像域中，雷达动目标的峰值功率与杂波、噪声的平均功率的比值。

步骤4，根据线性约束最小方差(LCMV)准则和所述雷达动目标的动态导向矢量a_C,l(f_a)，计算得到抑制雷达动目标信号的无模糊杂波谱的权矢量_wC，然后据此计算雷达动目标得到抑制的静止雷达目标回波信号S(f_r,f_a)。

具体地，利用线性约束最小方差(LCMV)准则得到与雷达动目标匹配的杂波信号，将所述雷达动目标匹配的杂波信号的幅度影响忽略，如式(5.1)和式(5.2)所示，然后再根据抑制雷达动目标信号的无模糊杂波谱的权矢量w_C，计算得到抑制雷达动目标信号的无模糊杂波谱的权矢量w_C，其表达式如下：

\min_{w} w_{C}^{H} R_{s} w_{C} - - - (5.1)

\begin{matrix} s . t . & w_{C}^{H} \hat{C} = f \end{matrix} - - - (5.2)

其中，表示约束矩阵，且

\hat{C} = [b_{C, 0} (f_{a}), b_{C, 1} (f_{a}), ..., b_{C, k} (f_{a}), ..., b_{C, N - 1} (f_{a}), a_{C, l} (f_{a})],

b_C,0(f_a)表示期望的杂波方向，b_C,k(f_a),(k＝1,2,...,N-1)表示第k个多普勒模糊数的约束杂波方向，a_C,l(f_a)表示构造得到的雷达动目标的动态导向矢量，R_s表示协方差矩阵，且R_s＝E{S(f_a,d)S^H(f_a,d)}，S(f_a,d)＝[S(f_a,d₁),...,S(f_a,d_m),...,S(f_a,d_M)]^T，f表示M维向量(1，0，0，0，…)，S(f_a,d_m)表示第m个通道的多普勒数据，d表示通道间距，m∈{1,2,...,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数。

根据得到的抑制雷达动目标信号的无模糊杂波谱的权矢量，计算得到雷达动目标得到抑制的静止雷达目标回波信号S(f_r,f_a)，其表达式为：

S (f_{r}, f_{a}) = W_{r} (f_{r}) W_{a z} (f_{a} - \frac{2 (f_{c} + f_{r}) {(v - v_{a})}^{2} t_{c}}{{cR}_{b}} + \frac{2 (f_{c} + f_{r}) v_{r}}{c}) \exp (j Φ (f_{r})) \exp (- j 2 {πf}_{a} t_{c}) - - - (6)

其中，f_r表示距离频率，f_a表示方位多普勒频率，W_r(·)表示距离频域窗函数，W_az(·)表示方位频域窗函数，c表示光速，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，v_r表示雷达动目标径向速度，v_a表示雷达动目标横向速度，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，PRF表示脉冲重复频率，Φ(f_r)的表达式为

Φ(f_r)＝-4π(f_c+f_r)(R_b-v_rt_c)/c-2π(f_c+f_r)((v-v_a)t_c)²/cR_b，f_c表示载频，t_c表示雷达动目标中心时刻。

步骤5，对雷达动目标得到抑制的静止雷达目标回波信号S(f_r,f_a)依次进行逆快速傅立叶变换和方位逆去斜(Deramp)操作，计算得到雷达动目标抑制后的距离频域方位时域静止雷达目标回波信号S(f_r,t_a)。

具体地，对雷达动目标得到抑制的静止雷达目标回波信号S(f_r,f_a)通过逆快速傅立叶变换(IFFT)到方位时域，计算得到雷达动目标到抑制的方位时域静止雷达目标回波信号S_ramp(f_r,t_a)，如式(7)所示；同时，为补偿掉方位去斜(Deramp)操作所带来的相位影响，需要对雷达动目标能量到抑制的方位时域静止雷达目标回波信号S_ramp(f_r,t_a)进行方位逆去斜(Deramp)操作，计算得到雷达动目标抑制后的距离频域方位时域静止雷达目标回波信号S(f_r,t_a)；其中，方位逆去斜(Deramp)操作是将式(6)与式(7)相乘；式(7)的表达式为：

S_{r a m p} (f_{r}, t_{a}) = \exp (- j \frac{2 π (f_{c} + f_{r}) {((v - v_{a}) t_{a})}^{2}}{{cR}_{b}}) - - - (7)

其中，f_r表示距离频率，f_c表示载频，t_a表示慢时间，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，v_a表示雷达动目标横向速度，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，c为光速。

所述雷达动目标抑制后的距离频域方位时域静止雷达目标回波信号S(f_r,t_a)的表达式为：

S (f_{r}, t_{a}) = W_{r} (f_{r}) w_{a z} (t_{a} - X / v) \cdot \exp (- j k (\sqrt{{R_{b}}^{2} + ({vt}_{a} + X)})) - - - (8)

其中，k＝4π(f_c+f_r)/c，f_r表示距离频率，f_c表示载频，t_a表示慢时间，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，W_r(·)为距离频域窗函数，w_az(·)表示方位时间窗函数，c表示光速，X表示雷达动目标的方位位置。

步骤6，对雷达动目标抑制后的距离频域方位时域静止雷达目标回波信号S(f_r,t_a)通过距离徙动算法(RMA)进行徙动校正，再通过dechirping方法进行方位压缩操作，得到雷达动目标抑制后的SAR图像。

至此，一种SAR图像中的动目标抑制方法基本完成。

以下通过仿真实验数据来进一步验证本发明的有效性。

(一)仿真参数

对一个机载SAR图像进行逆聚焦操作，以得到原始静止雷达目标的回波数据，选取一幅包括两条公路的SAR图像；然后，利用平移操作构造一个16通道的原始SAR雷达数据，主要的仿真参数如表1所示。沿着所述两条公路设置四个雷达动目标，target1～target4或雷达动目标1～雷达动目标4，并把仿真回波加入到所述原始SAR雷达数据中，四个动目标的速度参数如表2所示。

表1仿真参数

波长	0.03125m	场景中心距离	11km
				发射信号带宽	180MHz	距离采样率	200MHz
脉冲重复频率	185Hz	脉冲宽度	10us
				平台速度	114m/s	通道个数	16

表2

雷达动目标	Target 1	Target 2	Target 3	Target 4
					径向速度	4.5m/s	4.5m/s	7.4m/s	1.4m/s
横向速度	0.5m/s	-1.3m/s	0.8m/s	-0.6m/s

(二)仿真内容

图2为没有考虑雷达动目标抑制而利用线性约束最小方差(LCMV)准则处理得到的静止场景重建结果示意图，从图2可以看到四个雷达动目标是散焦的，并且四个雷达动目标都没出现在各自对应的真实方位位置。另外，在得到的SAR图像中沿方位向存在多个鬼影雷达动目标。

图3是利用结合二次波束的线性约束最小方差准则(LCMV-QPC)方法LCMV-QPC方法进行杂波抑制后得到的数据结果示意图，从图3中可以看到四个雷达动目标的多普勒谱得到了明显的压缩。图4是雷达动目标的粗聚焦结果示意图；其中，target1～target4表示雷达动目标1～雷达动目标4；从图4中可以看到图像中并没有出现鬼影雷达动目标，验证了利用结合二次波束的线性约束最小方差准则(LCMV-QPC)方法可以对鬼影雷达动目标的能量进行有效抑制。图5为提取了雷达动目标1的信号并变换到距离压缩域与方位慢时间域的结果示意图，从图5中可以看到雷达动目标存在明显的走动。图6利用楔石形格式(Keystone)变换后得到的雷达动目标结果示意图，从图6中可以看到雷达动目标的走动依然存在。图7为利用模糊数为3的滤波函数得到的走动校正后的结果示意图，从图7中可以看到雷达动目标的走动得到完全校正。图8雷达动目标的聚焦结果示意图，从图8中可以看到雷达动目标聚焦效果良好。

图9为利用本发明的去斜(Deramp)空时自适应处理方法得到的静止场景重建结果示意图。由于粗聚焦的雷达动目标在方位向并没有重合，因此利用动态导向矢量的概念，可以只需要一个自由度对四个雷达动目标进行抑制。从图9可以看出，在得到的SAR图像中雷达动目标已经被抑制。对图2和图9沿第2379个距离单元分别进行方位切片(其中包括雷达动目标3)，得到的幅度值如图10(a)和图10(b)所示；其中，图10(a)为对应图2沿第2379个距离单元进行方位切片(其中包括雷达动目标3)的结果示意图；图10(b)表示对应图9沿第2379个距离单元进行方位切片(其中包括雷达动目标3)的结果示意图。

从图10(a)中可以看出，存在三个明显的雷达动目标信号分量，而在图10(b)中所述三个明显的雷达动目标信号分量被有效抑制。

综上所述，仿真实验验证了本发明的正确性，有效性和可靠性。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围；这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设定SAR雷达为一发多收模式，并设定SAR雷达接收端有M个通道，以及确定SAR雷达发射端的参考通道，所述参考通道发射线性调频脉冲信号，SAR雷达接收端的第m个通道接收所述线性调频脉冲信号，并据此得到所述线性调频脉冲信号中的雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标，进而得到所述雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号，然后对雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的回波信号进行距离脉压处理，得到雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)；

其中，m∈{1,2,…,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数，X表示雷达动目标的方位位置，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，d_m表示从第m个通道到参考通道的方位偏移，t_a表示慢时间，f_r表示距离频率；

步骤2，对雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)依次进行方位去斜操作和方位快速傅里叶变换操作，计算得到雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号

步骤3，根据雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号构造得到雷达动目标的动态导向矢量a_C,l(f_a)；

2.如权利要求1所述的一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，其特征在于，在步骤1中，所述得到雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)，其表达式为：

\begin{matrix} s (f_{r}, t_{a}; d_{m}) = W_{r} (f_{r}) w_{a z} (t_{a} - t_{c}) w_{a n} (d_{m}) \\ \cdot \exp (- j k (R_{b} + v_{r} (t_{a} - t_{c}) + \frac{{((v - v_{a}) (t_{a} - t_{c}) + d_{m} / 2)}^{2}}{2 R_{b}})) \end{matrix}

其中，k＝4π(f_c+f_r)/c，W_r(·)为距离频域窗函数，w_az(·)表示方位时间窗函数，w_an(·)为通道增益，f_r表示距离频率，f_c表示载频，t_a表示慢时间，t_c＝X/(v-v_a)，t_c表示雷达动目标的中心照射时刻，d_m表示从第m个通道到参考通道的方位偏移，v_a表示雷达动目标横向速度，t_c表示雷达动目标中心时刻，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，c表示光速，m∈{1,2,…,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数。

3.如权利要求1所述的一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，其特征在于，在步骤2中，所述雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离方位二维频域信号其表达式为：

\begin{matrix} \tilde{S} (f_{r}, f_{a}; d_{m}) = Σ_{i = - (N - 1) / 2}^{(N - 1) / 2} W_{r} (f_{r}) W_{a z} (f_{a} - \frac{2 (f_{c} + f_{r}) {(v - v_{a})}^{2} t_{c}}{{cR}_{b}} + \frac{2 (f_{c} + f_{r}) v_{r}}{c} + i \cdot P R F) \\ \cdot w_{a n} (d_{m}) \exp (j \frac{k (v - v_{a}) t_{c} d_{m}}{2 R_{b}}) \exp (j Φ (f_{r})) \exp (- j 2 {πf}_{a} t_{c}) \end{matrix}

其中，Φ(f_r)＝-4π(f_c+f_r)(R_b-v_rt_c)/c-2π(f_c+f_r)((v-v_a)t_c)²/cR_b，N表示多普勒模糊数，f_r表示距离频率，f_a表示方位多普勒频率，W_r(·)表示距离频域窗函数，W_az(·)表示方位频域窗函数，w_an(·)表示通道增益，c表示光速，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，v_r表示雷达动目标径向速度，v_a表示雷达动目标横向速度，t_c表示雷达动目标中心时刻，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，PRF表示脉冲重复频率。

4.如权利要求1所述的一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，其特征在于，在步骤2中，所述对雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)进行方位去斜操作，还包括：

将雷达动目标P(X,R_b)及静止雷达目标的距离频域方位时域信号s(f_r,t_a；d_m)与方位向去斜函数S_deramp(f_r,t_a；d_m)进行相乘，计算得到方位向去斜操作后的距离频域方位时域信号所述方位向去斜函数S_deramp(f_r,t_a；d_m)和所述方位向去斜操作后的距离频域方位时域信号的表达式分别为：

S_{d e r a m p} (f_{r}, t_{a}; d_{m}) = \exp (j \frac{k {((v - v_{a}) t_{a} + d_{m} / 2)}^{2}}{2 R_{b}})

\begin{matrix} \hat{s} (f_{r}, t_{a}; d_{m}) = W_{r} (f_{r}) w_{a z} (t_{a} - t_{c}) w_{a n} (d_{m}) \\ \cdot \exp (- j k (R_{b} + v_{r} (t_{a} - t_{c}) + \frac{{((v - v_{a}) (t_{a} - t_{c}) + d_{m} / 2)}^{2}}{2 R_{b}})) \\ \exp (j \frac{k {((v - v_{a}) t_{a} + d_{m} / 2)}^{2}}{2 R_{b}}) \end{matrix}

其中，f_r表示距离频率，t_a表示慢时间，t_c表示雷达动目标的中心照射时刻，f_a表示方位多普勒频率，W_r(·)表示距离频域窗函数，W_az(·)表示方位频域窗函数，w_an(·)表示通道增益，d_m表示从第m个通道到参考通道的方位偏移，c表示光速，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，v_r表示雷达动目标径向速度，v_a表示雷达动目标横向速度，t_c表示雷达动目标中心时刻，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，m∈{1,2,…,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数。

5.如权利要求1所述的一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，其特征在于，在步骤3中，所述构造得到抑制雷达动目标的动态导向矢量a_C,l(f_a)，其表达式为：

a_{C, l} (f_{a}) = \exp (j 2 π (f_{a} + l \cdot P R F + \frac{2 F (f_{a})}{λ}) \cdot \frac{d}{2 v})

其中，C表示杂波，l表示雷达动目标的模糊次数，d表示通道间距，且d＝[d₁,d₂,...,d_M]^T，，M表示SAR雷达接收端的通道总个数，f_a表示方位多普勒频率，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，λ表示波长，PRF表示脉冲重复频率，F(f_a)表示方位多普勒频率f_a的阶跃函数。

6.如权利要求1所述的一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，其特征在于，在步骤4中，所述抑制雷达动目标信号的无模糊杂波谱的权矢量w_C，其计算过程为：

\min_{w} w_{C}^{H} R_{s} w_{C}

\begin{matrix} s . t . & w_{C}^{H} \hat{C} = f \end{matrix}

其中，表示约束矩阵，且

\hat{C} = [b_{C, 0} (f_{a}), b_{C, 1} (f_{a}), ..., b_{C, k} (f_{a}), ..., b_{C, N - 1} (f_{a}), a_{C, l} (f_{a})],

b_C,0(f_a)表示期望的杂波方向，b_C,k(f_a),(k＝1,2,...,N-1)表示第k个多普勒模糊数的约束杂波方向，a_C,l(f_a)表示构造得到的雷达动目标的动态导向矢量，R_s表示协方差矩阵，且

R_s＝E{S(f_a,d)S^H(f_a,d)}，S(f_a,d)＝[S(f_a,d₁),...,S(f_a,d_m),…,S(f_a,d_M)]^T，f表示M维向量(1，0，0，0，…)，S(f_a,d_m)表示第m个通道的多普勒数据，d表示通道间距，m∈{1,2,…,M}，M表示SAR雷达接收端的通道总个数。

7.如权利要求1所述的一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，其特征在于，在步骤4中，所述雷达动目标得到抑制的静止雷达目标回波信号S(f_r,f_a)，其表达式为：

S (f_{r}, f_{a}) = W_{r} (f_{r}) W_{a z} (f_{a} - \frac{2 (f_{c} + f_{r}) {(v - v_{a})}^{2}}{{cR}_{b}} + \frac{2 (f_{c} + f_{r}) v_{r}}{c}) \exp (j Φ (f_{r})) \exp (- j 2 {πf}_{a} t_{c})

其中，f_r表示距离频率，f_a表示方位多普勒频率，W_r(·)表示距离频域窗函数，W_az(·)表示方位频域窗函数，c表示光速，t_a表示慢时间，v表示SAR雷达沿X轴的飞行速度，v_r表示雷达动目标径向速度，v_a表示雷达动目标横向速度，R_b表示设定的雷达动目标最近距离，PRF表示脉冲重复频率，Φ(f_r)的表达式为

8.如权利要求1所述的一种SAR图像中的雷达动目标抑制方法，其特征在于，在步骤5中，所述雷达动目标抑制后的距离频域方位时域静止雷达目标回波信号S(f_r,t_a)，其表达式为：

S (f_{r}, t_{a}) = W_{r} (f_{r}) w_{a z} (t_{a} - X / v) \cdot \exp (- j k (\sqrt{{R_{b}}^{2} + ({vt}_{a} + X)}))