多普勒频谱模糊情况下的星载方位向多通道高分宽幅SAR-GMTI杂波抑制方法

张双喜 乔宁 邢孟道 吴亿峰 吴玉峰

张双喜, 乔宁, 邢孟道, 等. 多普勒频谱模糊情况下的星载方位向多通道高分宽幅SAR-GMTI杂波抑制方法[J]. 雷达学报, 2020, 9(2): 295–303. doi: 10.12000/JR20005
引用本文: 张双喜, 乔宁, 邢孟道, 等. 多普勒频谱模糊情况下的星载方位向多通道高分宽幅SAR-GMTI杂波抑制方法[J]. 雷达学报, 2020, 9(2): 295–303. doi: 10.12000/JR20005
ZHANG Shuangxi, QIAO Ning, XING Mengdao, et al. A novel clutter suppression approach for the space-borne multiple channel in the azimuth high-resolution and wide-swath SAR-GMTI system with an ambiguous Doppler spectrum[J]. Journal of Radars, 2020, 9(2): 295–303. doi: 10.12000/JR20005
Citation: ZHANG Shuangxi, QIAO Ning, XING Mengdao, et al. A novel clutter suppression approach for the space-borne multiple channel in the azimuth high-resolution and wide-swath SAR-GMTI system with an ambiguous Doppler spectrum[J]. Journal of Radars, 2020, 9(2): 295–303. doi: 10.12000/JR20005

多普勒频谱模糊情况下的星载方位向多通道高分宽幅SAR-GMTI杂波抑制方法

doi: 10.12000/JR20005
基金项目: 国家自然基金(61801387);中国博士后科学基金(2019M653741);航空科学基金(ASFC-20172053018)
详细信息
    作者简介:

    张双喜(1984–),男,福建东山县人,现为西北工业大学电子信息学院副教授,硕士生导师。2014年获西安电子科技大学博士学位,2014年至2016年在新加坡国立大学从事博士后研究工作。博士论文获得中国电子教育学会首届优秀博士论文和陕西省优秀博士学位论文。主要研究:星载高分辨宽测绘带雷达成像、雷达预警。获2020年“陕西省青年科技新星”。任《雷达学报》青年编委,APSAR-2019分会场主席,APMC-2019分会场主席,ACES-china 2017分会场主席及召集人。E-mail: shuangxizhang1984@163.com

    乔 宁(1997–),女,河南洛阳人,西北工业大学本科生。研究方向为空时二维信号处理,雷达预警。E-mail: qning@mail.nwpu.edu.cn

    邢孟道(1975–),男,浙江嵊州人,博士生导师、教授,现任西安电子科技大学前沿交叉研究院副院长。2002年获西安电子科技大学工学博士学位并留校工作,2004年破格评为教授。2018年成为中国电子学会会士。曾获国家杰出青年科学基金、国防科技卓越青年人才基金、中青年科技创新领军人才。曾获陕西省科学技术奖一等奖、陕西省创新团队。主要研究雷达成像,侧重于精细成像、灵活成像和大斜视成像等。先后主持国家973、863计划以及预研等多个项目。近五年在TGRS和JSTAR等国际遥感期刊发表论文113篇,SCI他引1617次,H因子42。培养和协助培养“百优”和“省优”博士论文6篇。任IEEE TGRS副主编、IEEE Fellow等。近五年连续入选Elsevier电子和电气工程领域“中国高被引学者榜单”。E-mail: xmd@xidian.edu.cn

    吴亿峰:吴亿锋(1988–),男,中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所高级工程师,主要从事自适应信号处理、人工智能等相关研究。E-mail: yifengw@126.com

    吴玉峰(1985–),男,浙江衢州人,博士,高级工程师。现为中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所系统设计师,主要研究方向为SAR系统设计、SAR成像算法。E-mail: wyf1176@163.com

    通讯作者:

    张双喜 zhangsx@nwpu.edu.cn

  • 责任主编:朱岱寅 Corresponding Editor: ZHU Daiyin
  • 中图分类号: TN95

A Novel Clutter Suppression Approach for the Space-borne Multiple Channel in the Azimuth High-resolution and Wide-swath SAR-GMTI System with an Ambiguous Doppler Spectrum

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61801387), The Postdoctoral Science Foundation of China (2019M653741), The Aeronautical Science Foundation of China (ASFC-20172053018)
More Information
  • 摘要: 该文提出了一种在多普勒频谱模糊情况下的星载方位向多通道高分宽幅合成孔径雷达地面运动目标检测(SAR-GMTI)系统的杂波抑制方法。首先,利用方位解线性调频对方位向多通道(HRWS) SAR-GMTI系统中的回波进行处理,得到杂波和动目标的粗聚焦图像。然后,将多通道SAR系统的粗聚焦图像表示为矩阵形式,并估计出相应的协方差矩阵。之后,用杂波协方差矩阵构造杂波空间的正交矢量,即最小特征值对应的特征向量。该方法需要一个冗余的通道自由度。由于杂波空间的正交矢量与杂波空间向量是正交的,因此可以用来抑制杂波。最后,通过仿真和实测数据实验结果验证该文所提杂波抑制方法的有效性。

     

  • 图  1  方位向多通道HRWS SAR-GMTI系统的几何模型

    Figure  1.  The geometry for the multi-channel in azimuth HRWS SAR-GMTI system

    图  2  单平台多通道HRWS SAR系统的杂波抑制

    Figure  2.  Clutter suppression for the single-platform multi-channel HRWS SAR system

    图  3  基于单平台MC-HRWS SAR实测数据的杂波抑制

    Figure  3.  The clutter suppression processing for the real measured single-platform MC-HRWS SAR data

    表  1  单平台方位向多通道HRWS SAR系统的主要仿真参数

    Table  1.   Main system parameters for the simulation single-platform multi-channel in azimuth HRWS SAR system

    参数数值参数数值
    载波频率5.4 GHz通道数7
    SAR的有效速度7552 m/s平台高度600 km
    中心线距离800 km多普勒模糊数6
    脉冲重复频率(PRF)400 Hz发送信号的带宽200 MHz
    下载: 导出CSV

    表  2  实际机载验证系统(单平台方位向多通道HRWS SAR系统)主要参数

    Table  2.   Main system parameters for the airborne real single-platform multi-channel in azimuth HRWS SAR system

    参数数值参数数值
    载波频率5.0 GHz通道数6
    SAR的有效速度110 m/s平台高度5.5 km
    中心线距离15 km多普勒模糊数5
    PRF200 Hz发送信号的带宽150 MHz
    下载: 导出CSV
  • [1] GEBERT N. Multi-channel azimuth processing for high-resolution wide-swath SAR imaging[D]. [Ph.D. dissertation], Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik, 2009.
    [2] 邢孟道, 林浩, 陈溅来, 等. 多平台合成孔径雷达成像算法综述[J]. 雷达学报, 2019, 8(6): 732–757. doi: 10.12000/JR19102

    XING Mengdao, LIN Hao, CHEN Jianlai, et al. A review of imaging algorithms in multi-platform-borne synthetic aperture radar[J]. Journal of Radars, 2019, 8(6): 732–757. doi: 10.12000/JR19102
    [3] KIM J H, YOUNIS M, PRATS-IRAOLA P, et al. First spaceborne demonstration of digital beamforming for azimuth ambiguity suppression[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2013, 51(1): 579–590. doi: 10.1109/TGRS.2012.2201947
    [4] LI Zhenfang, WANG Hongyang, SU Tao, et al. Generation of wide-swath and high-resolution SAR images from multichannel small spaceborne SAR systems[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2005, 2(1): 82–86. doi: 10.1109/LGRS.2004.840610
    [5] SIKANETA I, GIERULL C H, and CERUTTI-MAORI D. Optimum signal processing for multichannel SAR: With application to high-resolution wide-swath imaging[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2014, 52(10): 6095–6109. doi: 10.1109/TGRS.2013.2294940
    [6] 邓云凯, 赵凤军, 王宇. 星载SAR技术的发展趋势及应用浅析[J]. 雷达学报, 2012, 1(1): 1–10. doi: 10.3724/SP.J.1300.2012.20015

    DENG Yunkai, ZHAO Fengjun, and WANG Yu. Brief analysis on the development and application of spaceborne SAR[J]. Journal of Radars, 2012, 1(1): 1–10. doi: 10.3724/SP.J.1300.2012.20015
    [7] SJÖGREN T K, VU V T, PETTERSSON M I, et al. Suppression of clutter in multichannel SAR GMTI[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2014, 52(7): 4005–4013. doi: 10.1109/TGRS.2013.2278701
    [8] ZHANG Shuangxi, XING Mengdao, XIA Xianggen, et al. Robust clutter suppression and moving target imaging approach for multichannel in azimuth high-resolution and wide-swath synthetic aperture radar[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2015, 53(2): 687–709. doi: 10.1109/TGRS.2014.2327031
    [9] WANG H S C. Mainlobe clutter cancellation by DPCA for space-based radars[C]. The 1991 IEEE Aerospace Applications Conference Digest, Crested Butte, USA, 1991: 1–128. doi: 10.1109/AERO.1991.154520.
    [10] 王肖洋, 高贵, 周石琳, 等. 一种基于双通道DPCA的SAR-GMTI杂波抑制方法[J]. 雷达学报, 2014, 3(2): 241–248. doi: 10.3724/SP.J.1300.2014.13121

    WANG Xiaoyang, GAO Gui, ZHOU Shilin, et al. A clutter suppression approach for SAR-GMTI based on dual-channel DPCA[J]. Journal of Radars, 2014, 3(2): 241–248. doi: 10.3724/SP.J.1300.2014.13121
    [11] KLEMM R. Introduction to space-time adaptive processing[J]. Electronics & Communication Engineering Journal, 1999, 11(1): 5–12. doi: 10.1049/ecej:19990102
    [12] TENNETI S V and VAIDYANATHAN P P. iMUSIC: A family of MUSIC-like algorithms for integer period estimation[J]. IEEE Transactions on Signal Processing, 2019, 67(2): 367–382. doi: 10.1109/TSP.2018.2879039
    [13] 张兴良, 王可人, 樊甫华. 典型阵列快速MUSIC算法研究[J]. 雷达学报, 2012, 1(2): 149–156. doi: 10.3724/SP.J.1300.2012.20026

    ZHANG Xingliang, WANG Keren, and FAN Fuhua. Study on fast MUSIC algorithm with typical array[J]. Journal of Radars, 2012, 1(2): 149–156. doi: 10.3724/SP.J.1300.2012.20026
    [14] 蒋柏峰, 吕晓德, 向茂生. 基于广义MUSIC 算法的低仰角估计新方法[J]. 雷达学报, 2103, 2(4): 422–429. doi: 10.3724/SP.J.1300.2013.13090

    JIANG Baifeng, LÜ Xiaode, and XIANG Maosheng. A new low-elevation estimation method based on a general MUSIC algorithm[J]. Journal of Radars, 2103, 2(4): 422–429. doi: 10.3724/SP.J.1300.2013.13090
    [15] ZHANG Shuangxi, XING Mengdao, XIA Xianggen, et al. A robust imaging algorithm for squint mode multi-channel high-resolution and wide-swath SAR with hybrid baseline and fluctuant terrain[J]. IEEE Journal of Selected Topics in Signal Processing, 2015, 9(8): 1583–1598. doi: 10.1109/jstsp.2015.2464182
  • 加载中
图(3) / 表(2)
计量
  • 文章访问数:  3688
  • HTML全文浏览量:  1449
  • PDF下载量:  541
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2020-01-13
  • 修回日期:  2020-02-24
  • 网络出版日期:  2020-04-01

目录

    /

    返回文章
    返回