基于参数估计的高分辨率SAR运动目标距离徙动校正方法

王超 王岩飞 刘畅 刘碧丹

王超, 王岩飞, 刘畅, 等. 基于参数估计的高分辨率SAR运动目标距离徙动校正方法[J]. 雷达学报, 2019, 8(1): 64–72. doi: 10.12000/JR18054
引用本文: 王超, 王岩飞, 刘畅, 等. 基于参数估计的高分辨率SAR运动目标距离徙动校正方法[J]. 雷达学报, 2019, 8(1): 64–72. doi: 10.12000/JR18054
WANG Chao, WANG Yanfei, LIU Chang, et al. A new approach to range cell migration correction for ground moving targets in high-resolution SAR system based on parameter estimation[J]. Journal of Radars, 2019, 8(1): 64–72. doi: 10.12000/JR18054
Citation: WANG Chao, WANG Yanfei, LIU Chang, et al. A new approach to range cell migration correction for ground moving targets in high-resolution SAR system based on parameter estimation[J]. Journal of Radars, 2019, 8(1): 64–72. doi: 10.12000/JR18054

基于参数估计的高分辨率SAR运动目标距离徙动校正方法

doi: 10.12000/JR18054
基金项目: 国家重点研发计划(2017YFB0503001),国家自然科学基金(61471340)
详细信息
    作者简介:

    王 超(1983–),男,山东烟台人,博士生。2009年在中国科学院研究生院获得硕士学位,现在中国科学院电子学研究所攻读博士学位。主要研究方向为SAR信号处理。E-mail: wangchao_thu@163.com

    王岩飞(1963–),男,辽宁沈阳人,研究员,博士生导师。1998年在中国科学院电子学研究所获得博士学位,现担任中国科学院电子学研究所研究员、博士生导师。主要研究方向为微波成像雷达系统及其理论、数字信号处理等。E-mail: yfwang@mail.ie.ac.cn

    刘 畅(1978–),男,山东烟台人,研究员,博士生导师。2006年在中国科学院电子学研究所获得博士学位,现担任中国科学院电子学研究所研究员、博士生导师。主要研究方向为SAR系统及其相关SAR成像处理技术等。E-mail: cliu@mail.ie.ac.cn

    刘碧丹(1980–),女,河南周口人,副研究员。2008年在中国科学院电子学研究所获得博士学位,现担任中国科学院电子学研究所副研究员。主要研究方向为SAR信号处理。E-mail: dixin126@126.com

    通讯作者:

    王超  wangchao_thu@163.com

  • 中图分类号: TN957.51

A New Approach to Range Cell Migration Correction for Ground Moving Targets in High-resolution SAR System Based on Parameter Estimation

Funds: The National Key Research and Development Program of China (2017YFB0503001), The National Natural Science Foundation of China (61471340)
More Information
  • 摘要: 距离徙动校正(RCMC)是机载单天线高分辨率合成孔径雷达(SAR)实现运动目标聚焦成像的关键环节。针对现有方法运算量大、精度低的缺点,该文提出一种结合参数估计分4步完成的RCMC方法。该方法首先通过结合能量均衡法的Hough变换估计距离向速度并校正距离走动,然后以初始方位向调频率校正距离弯曲,再采用Map-drift估计精确的方位向调频率,最后校正残余距离弯曲。与传统方法相比,该方法计算量较小,性能稳定,并能够校正高分辨率下不可忽略的残余距离弯曲。该文给出新方法的数学模型,并通过仿真和实际数据处理验证了该方法的有效性。

     

  • 图  1  运动目标和载机的相对位置关系

    Figure  1.  Relationship of moving target and radar

    图  2  利用目标轨迹估计距离向速度

    Figure  2.  Estimation of range velocity by target trajectory

    图  3  本文算法流程图

    Figure  3.  Processing steps of the proposed method

    图  4  距离压缩后的目标轨迹

    Figure  4.  Target trajectories after range compression

    图  5  距离走动校正效果对比

    Figure  5.  Comparison of range walk correction

    图  6  距离弯曲校正效果对比

    Figure  6.  Comparison of range curvature correction

    图  7  动目标检测结果

    Figure  7.  Detection of moving targets

    图  8  结合能量均衡法的Hough变换结果

    Figure  8.  Results of Hough transform with energy balancing method

    图  9  RCMC效果对比

    Figure  9.  Comparison of RCMC

    图  10  动目标精确成像并定位的合成SAR图像

    Figure  10.  Composite SAR image with stationary scenes and focused moving targets

    表  1  雷达仿真参数

    Table  1.   Parameters of simulation

    参数名称参数值
    距离向点数2048
    方位向点数2048
    中心频率(GHz)15.6
    距离向采样率(MHz)750
    信号带宽(MHz)600
    信号脉宽(μs)1
    飞机地速(m/s)80
    脉冲重复频率(Hz)480
    中心斜距(km)5
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    表  2  目标仿真参数

    Table  2.   Parameters of simulated targets

    目标编号距离向速度
    (m/s)
    方位向速度
    (m/s)
    距离向加速度
    (m/s2)
    目标1–1–10
    目标210100
    目标31010–0.2
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    表  3  距离向速度估计结果

    Table  3.   Estimation results of range velocity

    目标编号Hough变换估计结果(m/s)Hough变换估计相对误差(%)本文算法估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标10.13113.00–0.982.00
    目标210.454.5010.030.30
    目标310.040.4010.020.20
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    表  4  方位向调频率估计结果

    Table  4.   Estimation results of azimuth frequency rate

    目标编号真实值(Hz/s)本文算法估计
    结果(Hz/s)
    本文算法估计
    相对误差(%)
    目标1137.88138.030.11
    目标2101.92102.110.19
    目标380.0980.220.16
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    表  5  算法运算时间

    Table  5.   Execution time of traditional method and proposed method

    算法类别算法步骤执行时间(s)
    常规算法Keystone变换36.43
    距离弯曲粗校正0.18
    总时间36.61
    本文算法Hough变换0.53
    多普勒中心估计0.11
    距离走动校正0.26
    距离弯曲粗校正0.18
    Map-drift0.75
    距离弯曲精校正0.18
    总时间2.01
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    表  6  实测数据参数

    Table  6.   Parameters of real data

    参数名称参数值
    距离向点数800
    方位向点数32768
    中心频率(GHz)15.6
    距离向采样率(MHz)1000
    信号带宽(MHz)700
    信号脉宽(μs)60
    飞机地速(m/s)66
    脉冲重复频率(Hz)1200
    中心斜距(km)15
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  • [1] 李道京, 张麟兮, 俞卞章. 近程SAR图像中的地面运动目标检测[J]. 西北工业大学学报, 2003, 21(6): 744–748. doi: 10.3969/j.issn.1000-2758.2003.06.026

    LI Dao-jing, ZHANG Lin-xi, and YU Bian-zhang. On detecting effectively ground moving target with single-antenna-single-channel short-range SAR[J]. Journal of Northwestern Polytechnical University, 2003, 21(6): 744–748. doi: 10.3969/j.issn.1000-2758.2003.06.026
    [2] 周峰, 李亚超, 邢孟道, 等. 一种单通道SAR地面运动目标成像和运动参数估计方法[J]. 电子学报, 2007, 35(3): 543–548. doi: 10.3321/j.issn:0372-2112.2007.03.033

    ZHOU Feng, LI Ya-chao, XING Meng-dao, et al. An effective approach to ground moving target imaging and motion parameter estimation for single channel SAR system[J]. Acta Electronica Sinica, 2007, 35(3): 543–548. doi: 10.3321/j.issn:0372-2112.2007.03.033
    [3] 汤立波, 李道京, 吴一戎, 等. 机载SAR的地面运动目标成像处理[J]. 系统工程与电子技术, 2005, 27(10): 1681–1684. doi: 10.3321/j.issn:1001-506X.2005.10.004

    TANG Li-bo, LI Dao-jing, WU Yi-rong, et al. Imaging of ground moving targets based on airborne SAR[J]. Systems Engineering and Electronics, 2005, 27(10): 1681–1684. doi: 10.3321/j.issn:1001-506X.2005.10.004
    [4] PERRY R P, DIPIETRO R C, and FANTE R L. SAR imaging of moving targets[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1999, 35(1): 188–200. doi: 10.1109/7.745691
    [5] ZHOU F, WU R B, XING M D, et al. Approach for single channel SAR ground moving target imaging and motion parameter estimation[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2007, 1(1): 59–66. doi: 10.1049/iet-rsn.20060040
    [6] 范健华, 李春林. 基于FPGA的Keystone变换算法设计和实现[J]. 电子科技, 2016, 29(6): 54–57. doi: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.06.016

    FAN Jian-hua and LI Chun-lin. Design and implementation of Keystone transform based on FPGA[J]. Electronic Science and Technology, 2016, 29(6): 54–57. doi: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2016.06.016
    [7] CAO Y F, QU X G, and HUANG P K. Research on Keystone formatting based on non-baseband interpolation[J]. Journal of Systems Engineering and Electronics, 2010, 21(4): 562–565. doi: 10.3969/j.issn.1004-4132.2010.04.006
    [8] 朱圣棋, 廖桂生, 曲毅, 等. 机载正侧视合成孔径雷达地面运动目标参数估计方法[J]. 电子学报, 2010, 38(12): 2757–2762.

    ZHU Sheng-qi, LIAO Gui-sheng, QU Yi, et al. An approach of ground moving target motion parameter estimation for airborne sidelooking SAR system[J]. Acta Electronica Sinica, 2010, 38(12): 2757–2762.
    [9] LI Y K, WANG Y F, and LIU C. Detect and autofocus the moving target by its range walk in time domain[C]. Proceedings of 2011 International Conference on Wireless Communications and Signal Processing, Nanjing, 2011: 1–5. doi: 10.1109/WCSP.2011.6096755.
    [10] 汤立波. 高分辨率机载SAR地面/海面运动目标成像技术研究[D]. [博士论文], 中国科学院电子学研究所, 2006: 53–54.

    TANG Li-bo. Imaging techniques of ground/sea moving targets for high resolution airborne SAR[D]. [Ph.D. dissertation], Institute of Electrics, Chinese Academy of Sciences, 2006: 53–54.
    [11] CUMMING I G and WONG F H. Digital Processing of Synthetic Aperture Radar Data: Algorithms and Implementation[M]. Boston: Artech House Publishers, 2005: 337, 165.
    [12] CANTALLOUBE H M J and NAHUM C E. Multiscale local map-drift-driven multilateration SAR autofocus using fast polar format image synthesis[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2011, 49(10): 3730–3736. doi: 10.1109/TGRS.2011.2161319
    [13] WAHL D E, EICHEL P H, GHIGLIA D C, et al. Phase gradient autofocus—A robust tool for high resolution SAR phase correction[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1994, 30(3): 827–835. doi: 10.1109/7.303752
    [14] FREEMAN A and CURRIE A. Synthetic aperture radar (SAR) images of moving targets[J]. GEC Journal of Research, 1987, 5(2): 106–115. doi: 10.1117/12.932852
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-09
  • 修回日期:  2018-11-19
  • 网络出版日期:  2019-02-28

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