星载三通道sar-gmti自适应杂波抑制方法
【专利摘要】本发明公开了一种星载三通道SAR-GMTI自适应杂波抑制方法，涉及自适应杂波抑制，包括：步骤1，得到距离压缩后的距离多普勒域目标回波信号；步骤2，得到距离压缩后的距离多普勒域回波信号；步骤3，三个通道的第l号待检测距离单元的数据Xl；步骤4，得到第l号待检测距离单元每个多普勒单元的自适应杂波抑制后的数据；步骤5，令待检测距离单元的数目l增加1，重复步骤2～4，直至l等于L，即完成L个距离单元杂波抑制，输出L个距离单元杂波抑制后的数据Y。本发明用于抑制三通道SAR-GMTI系统接收到的地杂波。
【专利说明】星载三通道SAR-GMTI自适应杂波抑制方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达【技术领域】，涉及自适应杂波抑制，具体的说是一种星载三通道合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)-地面运动目标检测(Ground MovingTarget Indicat1n,GMTI)自适应杂波抑制方法，用于抑制三通道SAR-GMTI系统接收到的地杂波。
【背景技术】
[0002]合成孔径概念的提出和SAR的发明是二十世纪雷达技术发展史上的一次重大突破。SAR通过发射大带宽信号获得距离上的高分辨能力，依靠雷达平台与目标间的相对运动形成大的合成孔径，从而获取方位上的高分辨能力。距离和方位高分辨率的获得使SAR能够全天候、全天时、远距离地获取类似于光学成像的大测绘带二维图像，大大提高了雷达的信息获取能力。鉴于以上优点，近年来SAR得到了广泛的关注和应用。其中，星载三通道SAR-GMTI系统因其在交通监控和战场侦察中的重要作用而成为一个研究热点。
[0003]对于星载SAR-GMTI系统，由于雷达工作在下视状态，回波中不可避免地包含了大量的地杂波，且地杂波的频谱可能与目标的频谱重叠，因而目标可能会被强地杂波淹没，从而严重影响星载SAR-GMTI系统对目标的检测。为解决上述问题，需要发明有效的杂波抑制方法来抑制地杂波，提高系统对目标的检测性能。
[0004]偏置相位中心天线(Displaced Phase Centre Antenna,DPCA)技术是最常用的两通道SAR-GMTI技术之一，该技术通过将两幅图像两两相减来抑制杂波。但是，DPCA技术是针对两通道SAR-GMTI系统设计的。当SAR-GMTI系统通道数大于二时，DPCA技术不能完全积累目标信号的能量。此外，由于DPCA技术仅利用两个自由度来抑制杂波，杂波抑制能力非常有限。因此，对于多通道SAR-GMTI系统，DPCA技术不是最优的。为解决上述问题，德国高能物理与雷达技术研究所的Ender、Cerutt1-Maori等人提出了基于自适应杂波抑制的多通道SAR-GMTI方法，该方法在距离多普勒域进行自适应杂波抑制。发明人发现，上述方法忽略了相邻多普勒单元数据的相关性，从而限制了多通道SAR-GMTI系统的杂波抑制性能，进而限制了系统对目标的检测能力。
【发明内容】
[0005]针对上述多通道SAR-GMTI距离多普勒域自适应杂波抑制方法的缺点，本发明提出了一种星载三通道SAR-GMTI自适应杂波抑制方法，该方法在距离多普勒域对每个多普勒单元数据联合相邻的两个多普勒单元数据进行自适应杂波抑制。
[0006]为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。
[0007]一种星载三通道SAR-GMTI自适应杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤:
[0008]步骤1，建立目标原始回波信号模型，根据目标原始回波信号得到距离频率域目标回波信号；根据距离频率域目标回波信号构造距离频率域距离压缩滤波器；根据距离频率域目标回波信号和距离频率域距离压缩滤波器得到距离压缩后的距离多普勒域目标回波信号;
[0009]步骤2，星载三通道SAR-GMTI系统接收三通道原始回波信号，对接收到的三通道原始回波信号分别进行距离向傅里叶变换得到距离频率域回波信号，再根据距离频率域距离压缩滤波器对距离频率域回波信号分别进行距离压缩，得到距离压缩之后的回波信号，并将距离压缩之后的回波信号变换到距离多普勒域，得到距离压缩后的距离多普勒域回波信号;
[0010]步骤3，从每一通道距离压缩后的距离多普勒域回波信号中取出第I号待检测距离单元的数据Xu，I表示通道序号，i = 1，2，3, I = 1，...，L, L为需要进行目标检测的距离单元的个数，则三个通道的第I号待检测距离单元的数据X1表示为:
[0011] X1 = [X11, x12，X13]
[0012]其中，为第I通道第I号距离单元的数据，Xl,2为第2通道第I号距离单元的数据，X1,3为第3通道第I号距离单元的数据，Xu、Xl，2和Xl，3维数均为KX 1，K为需要进行目标检测的多普勒单元的个数；
[0013]步骤4，在三个通道的第I号待检测距离单元的数据X1中，构建三个相邻多普勒单元的数据的空时数据矢量ζ1Λ ;再根据步骤I得到的距离压缩后的距离多普勒域目标回波信号构造三个相邻多普勒单元的目标的空时导向矢量Dlik ;根据三个相邻多普勒单元的目标的空时导向矢量Dy求解权向量Wl，k ;利用权向量Wu对空时数据矢量ζ1Λ进行自适应杂波抑制，得到第I号待检测距离单元第k个多普勒单元的自适应杂波抑制后的数据yi，k ;再完成第I号待检测距离单元每个多普勒单元的自适应杂波抑制后的数据h = [yu，Y1,2)…,Yi,Jt;
[0014]步骤5，令待检测距离单元的数目I增加1，重复步骤2~4，直至I等于L，即完成L个距离单元杂波抑制，输出L个距离单元杂波抑制后的数据Y，Y =
[0015]上述技术方案的特点和进一步改进在于:
[0016](1)步骤I包括以下子步骤:
[0017]Ia)目标到第i个通道的瞬时距离表示为:
[0018]
【权利要求】
1.一种星载三通道SAR-GMTI自适应杂波抑制方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1，建立目标原始回波信号模型，根据目标原始回波信号得到距离频率域目标回波信号；根据距离频率域目标回波信号构造距离频率域距离压缩滤波器；根据距离频率域目标回波信号和距离频率域距离压缩滤波器得到距离压缩后的距离多普勒域目标回波信号; 步骤2，星载三通道SAR-GMTI系统接收三通道原始回波信号，对接收到的三通道原始回波信号分别进行距离向傅里叶变换就得到距离频率域回波信号，再根据距离频率域距离压缩滤波器对距离频率域回波信号分别进行距离压缩，得到距离压缩之后的回波信号，并将距离压缩之后的回波信号变换到距离多普勒域，得到距离压缩后的距离多普勒域回波信号; 步骤3，从每一通道距离压缩后的距离多普勒域回波信号中取出第I号待检测距离单元的数据Xu，i表示通道序号，i = 1，2，3, I = 1，...，L, L为需要进行目标检测的距离单元的个数，则三个通道的第I号待检测距离单元的数据X1表示为:
X1 — [X1, 1； X1； 2, xI, 3] 其中，Xu为第I通道第I号距离单元的数据，Xl，2为第2通道第I号距离单元的数据，X1,3为第3通道第I号距离单元的数据，X1,X1,2和Xl，3维数均为KX 1，K为需要进行目标检测的多普勒单元的个数； 步骤4，在三个通道的第I号待检测距离单元的数据X1中，构建三个相邻多普勒单元的数据的空时数据矢量ζ1Λ ;再根据步骤I得到的距离压缩后的距离多普勒域目标回波信号构造三个相邻多普勒单元的目标的空时导向矢量Dlik;根据三个相邻多普勒单元的目标的空时导向矢量Dy求解权向量Wl，k ;利用权向量Wu对空时数据矢量ζ1Λ进行自适应杂波抑制，得到第I号待检测距离单元第k个多普勒单元的自适应杂波抑制后的数据yi，k ;再完成第I号待检测距离单元每个多普勒单元的自适应杂波抑制后的数据yi = [yu，Y1,2)…，Y1, JT 步骤5，令待检测距离单元的数目I增加I，重复步骤2~4，直至I等于L，即完成L个距离单元杂波抑制，输出L个距离单元杂波抑制后的数据Y，Y =
2.根据权利要求1所述的一种星载三通道SAR-GMTI自适应杂波抑制方法，其特征在于，步骤I包括以下子步骤: la)目标到第i个通道的瞬时距离表示为:
其中，Vx为目标方位向速度，Vy为目标距离向速度，L为慢时间& = O时目标的纵坐标，i表示通道序号，i = I, 2, 3 ； 第i个通道接收到的目标原始回波信号表示为:
其中，Atl为反映动目标散射率的复常数，仁为快时间，c为光速，wa(ta)为方位包络，wr(tr)为距离包络，fc为载频，Kr为系统发射信号的调频率，ta为慢时间，i = 1,2,3 ；Ib)根据公式(2)，得到距离频率域目标回波信号，表达式为:
其中，f；为距离频率，ta为慢时间，wjf；)为距离频率包络，fc为载频，&为系统发射信号的调频率，A0为反映动目标散射率的复常数，c为光速,wa(ta)为方位包络； Ic)根据距离频率域目标回波信号的表达式，构造距离频率域距离压缩滤波器为:
其中，fr为距离频率，Kr为系统发射信号的调频率； Id)利用距离频率域距离压缩滤波器对距离频率域目标回波信号进行距离压缩，得到距离压缩之后的目标回波信号，根据式(3)和式(2)，距离压缩之后的目标回波信号表达式为:
其中，f；为距离频率，ta为慢时间，WJf;)为距离频率包络，fc为载频，&为系统发射信号的调频率，A0为反映动目标散射率的复常数，C为光速,Wa(ta)为方位包络； Ie)对距离压缩后的目标回波信号进行距离向逆傅里叶变换和方位向傅里叶变换，得到距离压缩后的距离多普勒域目标回波信号，距离压缩后的距离多普勒域目标回波信号的表达式为:
其中，tr为快时间，B为发射信号的带宽，A0为反映动目标散射率的复常数，c为光速，fa为多普勒频率，Wa(fa)为多普勒频率包络，λ为信号波长，va为雷达平台速度，νχ为目标方位向速度，Vy为目标距离向速度，％为慢时间ta = O时目标的纵坐标，d为相邻通道的等效相位中心的间距。
3.根据权利要求2所述的一种星载三通道SAR-GMTI自适应杂波抑制方法，其特征在于，步骤4包括以下子步骤: 4a)在三个通道的第I号待检测距离单元的数据X1中，选择第k-1、k和k+Ι个多普勒单元的数据构成空时数据矢量ζ1Λ:
其中，~Λ/β?)表示第I通道第I号距离单元第k个多普勒单元的数据，U人)表示第2通道第I号距离单元第k个多普勒单元的数据，.％(.4)表示第3通道第I号距离单元第k个多普勒单元的数据，4表示第k个多普勒单元的多普勒频率，上标T表示非共轭转置，k-1、k和k+1个多普勒单元为三个相邻多普勒单元； 4b)根据距离多普勒域目标回波信号的表达式(6)，构造位于第I号距离单元第k-l、k和k+Ι个多普勒单元的目标的空时导向矢量Dlik:
其中，&C4)为第I号距离单元第k个多普勒单元的目标的导向矢量；M人,)为第I号距离单元第k-ι个多普勒单元的目标的导向矢量；KfuJ为第I号距离单元第k+Ι个多普勒单元的目标的导向矢量；￥4)的表达式为:
其中，/%表示第k个多普勒单元的多普勒频率，λ为信号波长，Va为雷达平台速度，Vx为目标方位向速度，Vy为目标距离向速度，d为相邻通道的等效相位中心的间距；
4c)通过求解以下公式(10)求解权向量Wl,k，得到=
其中，
为第k个多普勒单元的协方差矩阵， Xtrk.Di,k为第I号距离单元第k-1、k和k+i个多普勒单元的目标的空时导向矢量，-%(人)表示第I通道第I号距离单元第k个多普勒单元的数据，馬J(Jei)表示第2通道第I号距离单元第k个多普勒单元的数据，Χ,ΜΜ示第3通道第I号距离单元第k个多普勒单元的数据； 4d)利用权向量W1,,对空时数据矢量Z1,k进行自适应杂波抑制:Λ.* =<n> 其中，hk为第I号待检测距离单元第k个多普勒单元的自适应杂波抑制后的数据，W1,k为权向量，上标H表示共轭转置； 4e)令k增加I，重复步骤4a)~4d)，直至k等于K，K为需要进行目标检测的多普勒单元的个数，得到第I号待检测距离单元每个多普勒单元的自适应杂波抑制后的数据:yi =[yi, I，Yi,2> …，Υι,κ]。
【文档编号】G01S7/41GK104076343SQ201410290129
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月25日 优先权日:2014年6月25日
【发明者】王彤, 李永康, 张颖, 吴建新 申请人:西安电子科技大学