多角度SAR 动目标检测技术及其高分三号实验验证研究

申文杰 韩冰 林赟 胡玉新 洪文

申文杰, 韩冰, 林赟, 等. 多角度SAR 动目标检测技术及其高分三号实验验证研究[J]. 雷达学报, 2020, 9(2): 304–320. doi: 10.12000/JR20021
引用本文: 申文杰, 韩冰, 林赟, 等. 多角度SAR 动目标检测技术及其高分三号实验验证研究[J]. 雷达学报, 2020, 9(2): 304–320. doi: 10.12000/JR20021
SHEN Wenjie, HAN Bing, LIN Yun, et al. Multi-aspect SAR-GMTI and experimental research on Gaofen-3 SAR modes[J]. Journal of Radars, 2020, 9(2): 304–320. doi: 10.12000/JR20021
Citation: SHEN Wenjie, HAN Bing, LIN Yun, et al. Multi-aspect SAR-GMTI and experimental research on Gaofen-3 SAR modes[J]. Journal of Radars, 2020, 9(2): 304–320. doi: 10.12000/JR20021

多角度SAR 动目标检测技术及其高分三号实验验证研究

doi: 10.12000/JR20021
基金项目: 国家自然科学基金(61571421, 61431018)
详细信息
    作者简介:

    申文杰(1991–),男,山西人,博士研究生。2017年于中国科学院电子学研究获硕士学位,目前在中国科学院空天信息创新研究院攻读博士学位。主要研究方向为圆周SAR-GMTI,多通道SAR-GMTI。E-mail: Shenwenjie14@mails.ucas.ac.cn

    韩 冰(1980–),女,副研究员。2008年于中国科学院电子学研究获博士学位。现为中国科学院空天信息创新研究院副研究员,硕士生导师。主要研究方向为高分辨率合成孔径雷达成像、运动补偿及其相关信号处理技术。E-mail: han_bing@mail.ie.ac.cn

    林 赟(1983–),女,浙江人,副教授。2011年于中国科学院电子学研究获博士学位。现为北方工业大学副教授,硕士生导师。主要研究方向为合成孔径雷达三维成像技术、多角度SAR像基础理论与方法研究。E-mail: ylin@ncut.edu.cn

    胡玉新(1981–),男,副研究员。中国科学院电子学研究所获博士学位,现为中国科学院空天信息创新研究院副研究员,硕士生导师。主要研究方向为星载SAR信号处理,遥感卫星地面系统、空间信息处理系统体系架构。E-mail: yxhu@mail.ie.ac.cn

    洪 文(1968–),女,研究员。研究经历包括北京航空航天大学电子工程系副教授、德国宇航院雷达与微波技术所客座研究员、中国科学院电子学研究所研究员,现为中国科学院空天信息创新研究院研究员,博士生导师。主要研究方向为多角度SAR数据处理方法、微波成像新概念新体制新方法等。E-mail: whong@mail.ie.ac.cn

    通讯作者:

    洪文 whong@mail.ie.ac.cn

  • 责任主编:杨建宇 Corresponding Editor: YANG Jianyu
  • 中图分类号: TN957

Multi-aspect SAR-GMTI and Experimental Research on Gaofen-3 SAR Modes

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61571421, 61431018)
More Information
  • 摘要: 多角度SAR作为一种新的SAR模式,它具备对场景的长时间观测以及大合成孔径角两个优势。已有研究表明,这两点区别于传统SAR模式的优势,使得单通道系统也可以具备较强的动目标检测能力,即,无需增加雷达系统的复杂度,就可以实现在轨星载SAR系统动目标检测能力的拓展和提升。这也使得多角度SAR动目标研究成为新的研究热点。在研讨近年来多角度SAR-GMTI研究基础及发展现状的基础上,该文重点介绍了研究团队围绕高分3号开展的原理性验证实验研究,包括凝视聚束模式动目标检测方法研究、双通道动目实验模式、双通道凝视聚束GMTI模式研究等。通过上述研究,以期为在轨及规划星载SAR单通道GMTI工程实现、未来星载多角度SAR时序动态观测新型工作模式设计等奠定可行性研究基础。

     

  • 图  1  典型多角度SAR研究

    Figure  1.  Typical multi-aspect SAR research results

    图  2  法国空间局多角度SAR动目标轨迹重建研究

    Figure  2.  ONERA multi-aspect SAR moving target trajectory reconstruction

    图  3  对数背景差分法检测结果示例

    Figure  3.  Example detection result of logarithm background subtraction

    图  4  改进的对数背景差分法检测流程

    Figure  4.  Flowchart of modified logarithm background subtraction

    图  5  所选小场景区域及相应子孔径图像序列

    Figure  5.  Selected small scene and corresponding subaperture image sequence

    图  6  第18幅图像处理结果示例

    Figure  6.  The results of 18th image

    图  7  应用幅度归一化前后的第18和68幅子孔径图像的直方图

    Figure  7.  The histogram of 18th and 68th image before and after adjustment

    图  8  图6(c)前景图像的直方图

    Figure  8.  The histogram of image in Fig. 6(c)

    图  9  CFAR检测结果

    Figure  9.  CFAR detection result

    图  10  聚类结果

    Figure  10.  Clustering result

    图  11  第1幅与第18幅图像追踪结果

    Figure  11.  Tracking results of 1st and 18th image

    图  12  追踪结果的统计直方图

    Figure  12.  Statistics of tracking results

    图  13  最终检测结果输出

    Figure  13.  Final detection results

    图  14  多通道算法主要处理流程

    Figure  14.  Flowchart of multi-channel algorithm

    图  15  双通道SAR数据中选择的小场景区域

    Figure  15.  Selected small scene in SAR data

    图  16  预处理前后两通道数据频谱的干涉图

    Figure  16.  Interferograms of spectrum before and after preprocessing

    图  17  DPCA结果

    Figure  17.  DPCA results

    图  18  CFAR结果

    Figure  18.  CFAR results

    图  19  ATI干涉相位图

    Figure  19.  ATI phase map

    图  20  GMTI输出结果

    Figure  20.  GMTI result

    图  21  照射场景光学图片

    Figure  21.  Optical image of scene

    图  22  照射场景全孔径SAR图像

    Figure  22.  Full aperture image of the scene

    图  23  校正前后干涉相位图

    Figure  23.  ATI phase maps before and after correction

    图  24  第1组SNP信号校正前后干涉相位图

    Figure  24.  ATI phase map of 1st SNP signal before and after correction

    图  25  第1组和第11组SNP补偿相位曲线

    Figure  25.  Compensated phase of 1st and 11th SNP signal

    图  26  ATI处理结果

    Figure  26.  ATI result

    图  27  原始SAR图像与DPCA处理结果

    Figure  27.  Original SAR image and DPCA result

    表  1  数据参数

    Table  1.   Dataset parameters

    符号参数参数值符号参数参数值
    $ \lambda $波长$ 0.056\;\mathrm{m} $$ {R}_{\mathrm{c}} $场景中心斜距934.6 km
    $ {V}_{\mathrm{s}} $平台速度7568 m/s$ {T}_{\mathrm{a}} $合成孔径时间12.5 s
    $ {\theta }_{\mathrm{L}} $下视角$ {33.7}^{\circ } $$ {\theta }_{\mathrm{a}} $合成孔径角$ -{1.78}^{\circ }\sim {1.78}^{\circ } $
    $ {B}_{\mathrm{w}} $带宽240 MHz$ {\Delta }_{\mathrm{r}} $距离向像素尺寸0.56 m
    $ {f}_{\mathrm{P}\mathrm{R}\mathrm{F}} $PRF3742.7 Hz$ {\Delta }_{\mathrm{a}} $方位向像素尺寸0.33 m
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    表  2  追踪结果

    Table  2.   Tracking results

    序号12345678910
    运动距离(m)12.835.637.436.6417.811.221.922.127.631.6
    方位速度(m/s)0.51.41.51.516.70.40.90.91.11.3
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    表  3  实验参数

    Table  3.   Experiment parameters

    实验参数参数值
    中心频率$ {f}_{\mathrm{c}} $5.4 GHz
    带宽 $ {B}_{\mathrm{d}} $100 MHz
    $ \mathrm{P}\mathrm{R}\mathrm{F} $1948 Hz
    场景中心斜距 $ {r}_{\mathrm{c}} $974347 m
    入射角 $ {\theta }_{\mathrm{i}\mathrm{n}\mathrm{c}} $$ {34.5}^{\circ } $
    平台速度 $ {v}_{\mathrm{s}} $7566 m/s
    轨道类型Descending
    方位观测角 $ {\theta }_{\mathrm{a}\mathrm{z}\mathrm{i}} $$ -{1.7}^{\circ }\sim {1.7}^{\circ } $
    合成孔径时间 $ T $$ 15\;\mathrm{s} $
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出版历程
  • 收稿日期:  2020-03-20
  • 修回日期:  2020-04-23
  • 网络出版日期:  2020-04-01

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