CN115291213B - 一种基于双波束sar的动目标方位速度估计方法 - Google Patents

一种基于双波束sar的动目标方位速度估计方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法，用一个SAR系统，沿方位向生成两个波束，仅需两个斜视角不同的发射接收通道，建设成本相对较低，接收两个波束的回波信号，分别成像，生成同一区域的两幅图像，分别对两幅图像进行运动目标检测，用运动目标在两个波束成像中的方位偏移的差，加上运动目标在波束间隔时间内的方位向位移，计算两幅图像中运动目标的方位差异，结合两个波束扫描同一区域的时间间隔，计算运动目标的方位向速度，可与大多数SAR成像算法及其他运动目标检测算法结合使用，适用性较广。

Description

一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法
技术领域
本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种方位速度估计技术。
背景技术
合成孔径雷达, 简称SAR，可以在各种复杂气象条件下，对地面高精度成像，具有极高的应用价值。SAR成像原理对运动目标难以清晰成像和辨别，学者们提出了一系列关于利用SAR进行地面运动目标检测的方法。其中很重要的一部分内容，就是动目标参数估计。对运动目标的径向速度，具有较为成熟的估计方法，但动目标方位速度的估计方法，相对较少。
现有的动目标方位速度估计方法，根据原理分为两类：一是根据方位向多普勒调频率与方位向速度的关系，先估计动目标多普勒调频率，再计算方位向速度；二是基于运动目标位移差分的方法，例如，视频SAR根据运动目标移动轨迹或阴影轨迹估计动目标速度，或利用子孔径成像，形成序列图像，通过目标位移轨迹，估计运动参数。
现有方法存在精度不高、适用场景较小等问题，难以广泛应用。在多波束系统中，较长的波束扫描有时间间隔，运动目标的位移会明显的影响多波束图像中的成像位置差异。斜视条件下，运动目标的成像位置因多普勒效应等，会发生偏移。利用成像位置差异与目标二维速度的关系，可对运动目标的速度参数进行准确估计。
发明内容
本发明为了解决现有技术存在的问题，提出了一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法，用单平台多波束系统，根据动目标在不同波束中成像位置的差异，估计运动目标方位向速度，为了实现上述目的，本发明采用了以下技术方案。
用一个SAR系统，沿方位向生成两个波束，斜视角分别为
Figure 102694DEST_PATH_IMAGE001
，接收两个波束的回波 信号，分别成像，生成同一区域的两幅图像，分别对两幅图像进行运动目标检测，用运动目 标在两个波束成像中的方位偏移的差，加上运动目标在波束间隔时间内的方位向位移，得 到两幅图像中运动目标的方位差异
Figure 633032DEST_PATH_IMAGE002
，结合两个波束扫描同一区域的时间间隔
Figure 182962DEST_PATH_IMAGE003
，计算运动 目标的方位向速度
Figure 313598DEST_PATH_IMAGE004
。
基于SAR成像算法的基本原理得到运动目标方位位置偏移公式，方位位置偏移基本不受SAR成像算法的影响，无论使用何种成像算法，运动目标均会发生相同的方位位置偏移，方位位置偏移同时受到运动目标方位向速度、距离向速度、目标距离向位置的影响，且距离向速度与距离向位置耦合在一起。
在斜视SAR系统中，和正侧视SAR系统不同，运动目标的距离向位置和方位向位置均存在明显的成像位置偏移，无法直接得到有关目标位置的任何有效信息。
通过双波束系统，对同于区域间隔一段秒级的时间分别扫描一次，得到两幅同一区域不同时刻的图像，运动目标一方面由于自身运动，其实际位置会发生变化，另一方面，也会发生成像位置偏移，综合考虑这两方面的内容，可通过运动目标在两幅图像中的方位位置差异消除其距离向速度和距离向位置的影响。
用运动目标在两个波束成像中的方位偏移的差，加上运动目标在波束间隔时间内 的方位向位移，得到两幅图像中运动目标的方位差异，包括：设
Figure 544859DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 195283DEST_PATH_IMAGE006
分别为运动目标的方 位向速度和距离向速度，
Figure 650535DEST_PATH_IMAGE007
为场景中心到雷达的最近距离，
Figure 19200DEST_PATH_IMAGE008
为波束斜视角，
Figure 40770DEST_PATH_IMAGE009
为目标在 波束中心时刻的距离向位置，
Figure 811280DEST_PATH_IMAGE010
为载机平台速度，用公式
Figure 437433DEST_PATH_IMAGE011
计算运动目标的 方位偏移，用公式
Figure 27815DEST_PATH_IMAGE012
和公式
Figure 866458DEST_PATH_IMAGE013
计算运动目标在两个波束成像中的方位偏移，用公式
Figure 22633DEST_PATH_IMAGE014
计算运动目标在两幅图像中的方位差异。
根据SAR成像算法的基本原理，一般会将任何目标的成像位置定位至最近距离处，斜视SAR中，由于运动目标至雷达的最近距离与目标速度有关，成像后的位置会偏离实际的最近距离，则上述斜距平方极小值即反映了运动目标成像斜距位置。
用公式
Figure 272217DEST_PATH_IMAGE011
计算运动目标的方位偏移，包括：设
Figure 349895DEST_PATH_IMAGE015
为慢时间，
Figure 788966DEST_PATH_IMAGE016
为雷 达飞行高度，则运动目标到雷达的实时距离，即斜距为
Figure 268489DEST_PATH_IMAGE017
，用公式
Figure 439707DEST_PATH_IMAGE018
计算斜距的最小值，其中
Figure 801419DEST_PATH_IMAGE019
表示当前的慢时间数值，用公式
Figure 231132DEST_PATH_IMAGE020
表示
Figure 299582DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 704018DEST_PATH_IMAGE022
远小于
Figure 490709DEST_PATH_IMAGE023
时的近似数值，作为方位偏移时间，用公式
Figure 209266DEST_PATH_IMAGE024
计算方位偏移。
所述计算运动目标的方位速度
Figure 460119DEST_PATH_IMAGE025
为：用公式
Figure 222407DEST_PATH_IMAGE026
计算运动目标的方位速 度；根据运动目标的距离向速度
Figure 761973DEST_PATH_IMAGE027
远小于载机平台速度
Figure 80959DEST_PATH_IMAGE028
，用公式
Figure 124001DEST_PATH_IMAGE029
更新方位向速 度值。
本发明的有益效果：用单平台多波束系统，仅需两个斜视角不同的发射接收通道，建设成本相对较低，可与大多数SAR成像算法及其他运动目标检测算法结合使用，适用性较广。
附图说明
图1是坐标系原理，图2是载机速度为200 m/s的机载系统中距离向速度对方位速度估计精度的影响，图3是载机速度为2000 m/s的星载系统中距离向速度对方位速度估计精度的影响。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的技术方案做具体的说明。
通过合成孔径雷达SAR系统发射两个斜视角分别为30°和10°的波束，雷达系统参数如下所示
Figure 73503DEST_PATH_IMAGE030
仿真四个运动目标的运动参数如下所示
Figure 631523DEST_PATH_IMAGE031
分别对两个波束成像，得到同一区域的两幅图像，对运动目标通过偏置相位天线、沿航迹干涉等方法，进行运动目标检测，将动目标检测后的两幅图像叠加，不同斜视角条件下的运动目标成像位置一般并不相同。
建立如图1的坐标系，计算运动目标在方位向上的位置差异，如下所示
Figure 938221DEST_PATH_IMAGE032
计算动目标方位速度估计结果，如图下所示
Figure 101349DEST_PATH_IMAGE033
由于在方位速度估计过程中，忽略了距离向速度的影响，为了进一步验证本发明算法的有效性，分别在载机速度为200 m/s的机载系统中和载机速度为2000 m/s的星载系统中，分别如图2和3所示，计算距离向速度对方位速度估计精度的影响，误差较小。
上述作为本发明的实施例，并不限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于双波束SAR的动目标方位速度估计方法，其特征在于，包括：用一个SAR系 统，沿方位向生成两个波束，斜视角分别为
Figure 669903DEST_PATH_IMAGE001
，接收两个波束的回波信号，分别成像，生 成同一区域的两幅图像，分别对两幅图像进行运动目标检测，用运动目标在两个波束成像 中的方位偏移的差，加上运动目标在波束间隔时间内的方位向位移，得到两幅图像中运动 目标的方位差异
Figure 305153DEST_PATH_IMAGE002
，结合两个波束扫描同一区域的时间间隔
Figure 553731DEST_PATH_IMAGE003
，计算运动目标的方位向速 度
Figure 417782DEST_PATH_IMAGE004
；
所述用运动目标在两个波束成像中的方位偏移的差，加上运动目标在波束间隔时间内 的方位向位移，得到两幅图像中运动目标的方位差异
Figure 700996DEST_PATH_IMAGE002
，包括：设
Figure 789038DEST_PATH_IMAGE005
、
Figure 774180DEST_PATH_IMAGE006
分别为运动目标 的方位向速度和距离向速度，
Figure 176342DEST_PATH_IMAGE007
为场景中心到雷达的最近距离，
Figure 110800DEST_PATH_IMAGE008
为波束斜视角，
Figure 307427DEST_PATH_IMAGE009
为目 标在波束中心时刻的距离向位置，
Figure 530598DEST_PATH_IMAGE010
为载机平台速度，用公式
Figure 533189DEST_PATH_IMAGE011
计算 运动目标的方位偏移，用公式
Figure 774683DEST_PATH_IMAGE012
和公式
Figure 407790DEST_PATH_IMAGE013
计算运动目标在两个波束成像中的方位偏移，用公式
Figure 914994DEST_PATH_IMAGE014
计算运动目标在两幅图像中的方位差异；
所述用公式
Figure 393380DEST_PATH_IMAGE011
计算运动目标的方位偏移，包括：设
Figure 505693DEST_PATH_IMAGE015
为慢时间，
Figure 106438DEST_PATH_IMAGE016
为雷达飞行高度，则运动目标到雷达的实时距离，即斜距为
Figure 556399DEST_PATH_IMAGE017
，用公式
Figure 838475DEST_PATH_IMAGE018
计算斜距的最小值，其中
Figure 602032DEST_PATH_IMAGE019
表示当前的慢时间数值，用公式
Figure 842521DEST_PATH_IMAGE020
表示
Figure 996421DEST_PATH_IMAGE021
和
Figure 144506DEST_PATH_IMAGE022
远小于
Figure 215099DEST_PATH_IMAGE023
时的近似数值，作为方位偏移时间，用公 式
Figure 360910DEST_PATH_IMAGE024
计算方位偏移；
所述计算运动目标的方位速度
Figure 64423DEST_PATH_IMAGE025
为：用公式
Figure 953882DEST_PATH_IMAGE026
计算运动目标的方位速度；
根据运动目标的距离向速度
Figure 629714DEST_PATH_IMAGE027
远小于载机平台速度
Figure 8743DEST_PATH_IMAGE028
，用公式
Figure 652083DEST_PATH_IMAGE029
更新目标的 方位向速度值。
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Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5945937A (en) * 1996-11-18 1999-08-31 Nec Corporation Along-track interferometric synthetic aperture radar
US6400306B1 (en) * 1999-12-17 2002-06-04 Sicom Systems, Ltd Multi-channel moving target radar detection and imaging apparatus and method
WO2008115175A1 (en) * 2007-03-19 2008-09-25 Richard Alan Altes Beam design for synthetic aperture position/velocity estimation
CN102508244A (zh) * 2011-11-08 2012-06-20 中国人民解放军国防科学技术大学 一种地面运动目标检测及参数估计方法
CN104898119A (zh) * 2015-05-19 2015-09-09 北京航空航天大学 一种基于相关函数的动目标参数估计方法
CN105445730A (zh) * 2015-11-27 2016-03-30 南京信息工程大学 一种基于角度分集的海洋流场反演星载sar系统及其方法
CN108051809A (zh) * 2017-11-14 2018-05-18 石家庄铁道大学 基于Radon变换的运动目标成像方法、装置及电子设备
CN108776342A (zh) * 2018-07-13 2018-11-09 电子科技大学 一种高速平台sar慢速动目标检测与速度估计方法
CN110109102A (zh) * 2019-04-04 2019-08-09 电子科技大学 一种sar运动目标检测与速度估计的方法
CN110196424A (zh) * 2019-05-28 2019-09-03 西北工业大学 机载多通道cssar地面运动目标运动和位置参数估计方法
CN115049864A (zh) * 2022-06-27 2022-09-13 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种基于阴影图像处理的目标三维重建方法

Patent Citations (11)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5945937A (en) * 1996-11-18 1999-08-31 Nec Corporation Along-track interferometric synthetic aperture radar
US6400306B1 (en) * 1999-12-17 2002-06-04 Sicom Systems, Ltd Multi-channel moving target radar detection and imaging apparatus and method
WO2008115175A1 (en) * 2007-03-19 2008-09-25 Richard Alan Altes Beam design for synthetic aperture position/velocity estimation
CN102508244A (zh) * 2011-11-08 2012-06-20 中国人民解放军国防科学技术大学 一种地面运动目标检测及参数估计方法
CN104898119A (zh) * 2015-05-19 2015-09-09 北京航空航天大学 一种基于相关函数的动目标参数估计方法
CN105445730A (zh) * 2015-11-27 2016-03-30 南京信息工程大学 一种基于角度分集的海洋流场反演星载sar系统及其方法
CN108051809A (zh) * 2017-11-14 2018-05-18 石家庄铁道大学 基于Radon变换的运动目标成像方法、装置及电子设备
CN108776342A (zh) * 2018-07-13 2018-11-09 电子科技大学 一种高速平台sar慢速动目标检测与速度估计方法
CN110109102A (zh) * 2019-04-04 2019-08-09 电子科技大学 一种sar运动目标检测与速度估计的方法
CN110196424A (zh) * 2019-05-28 2019-09-03 西北工业大学 机载多通道cssar地面运动目标运动和位置参数估计方法
CN115049864A (zh) * 2022-06-27 2022-09-13 中国电子科技集团公司第十四研究所 一种基于阴影图像处理的目标三维重建方法

Non-Patent Citations (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Bidirectional SAR Imaging Mode;Josef Mittermayer;《IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing》;20120718;第51卷(第1期);601-614 *
Ground Moving Target Azimuth Velocity Estimation Based on Dual-Beam Along-Track Interferometric SAR;Xinxin Tang;《2019 6th Asia-Pacific Conference on Synthetic Aperture Radar (APSAR)》;20200330;全文 *
SAR ground moving target"s along-track velocity estimation in the complex image domain via SoWVD;Huang,ZZ等;《JOURNAL OF ENGINEERING-JOE》;20191031;7026-7029 *
SAR慢动目标检测与参数估计方法研究;唐欣欣;《中国博士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》;20220115(第01期);I136-257 *
基于和差信号的SAR动目标检测与成像技术研究;陈峥;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》;20140315(第03期);I136-506 *
基于多信号分类法SAR动目标检测研究;姜恒;《计算机仿真》;20110930;第28卷(第09期);全文 *
基于极化分类辅助的复杂场景多通道SAR-GMTI方法;黄祖镇等;《南京工程学院学报(自然科学版)》;20210615;第19卷(第02期);1-6 *
基于高超平台前斜视SAR双通道杂波抑制方法;齐晨;《系统工程与电子技术》;20190131;第41卷(第01期);58-65 *
多通道SAR图像域动目标检测与参数估计技术研究;黄祖镇;《中国博士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》;20210615(第06期);I136-61 *
多通道SAR地面运动目标检测与参数估计研究;孙华东;《中国博士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》;20111115(第11期);I136-56 *
机载多通道SAR运动目标方位向速度和法向速度联合估计算法;姜文等;《电子与信息学报》;20200615(第06期);全文 *
机载斜视SAR地面动目标检测和参数估计方法研究;郭秀花;《中国优秀硕士学位论文全文数据库 (信息科技辑)》;20140215(第02期);I136-469 *

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