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基于回波序列最小二乘拟合的高分辨率SAR运动目标速度估计

王超 王岩飞 王琦 詹学丽

引用本文: 王超, 王岩飞, 王琦, 詹学丽. 基于回波序列最小二乘拟合的高分辨率SAR运动目标速度估计[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(5): 1055-1062. doi: 10.11999/JEIT180695 shu
Citation:  Chao WANG, Yanfei WANG, Qi WANG, Xueli ZHAN. Velocity Estimation of Moving Targets Based on Least Square Fitting of High-resolution SAR Echo Sequences[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2019, 41(5): 1055-1062. doi: 10.11999/JEIT180695 shu

基于回波序列最小二乘拟合的高分辨率SAR运动目标速度估计

    作者简介: 王超: 男,1983年生,博士生,研究方向为SAR信号处理等;
    王岩飞: 男,1963年生,研究员,博士生导师,研究方向为微波成像雷达系统及其理论、数字信号处理等;
    王琦: 男,1976年生,副研究员,研究方向为SAR信号处理等;
    詹学丽: 男,1976年生,副研究员,研究方向为SAR信号处理等
    通讯作者: 王超,wangchao_thu@163.com
  • 基金项目: 国家重点研发计划(2017YFB0503001),国家自然科学基金(61471340)

摘要: 运动目标速度估计是机载单天线高分辨率合成孔径雷达(SAR)实现运动目标成像和定位的关键环节。针对现有方法运算量大、易受距离徙动干扰等缺点,该文提出一种基于回波序列最小二乘拟合的速度估计方法。利用该方法,首先通过包络相关提取相邻回波序列的距离变化量,然后对其做最小二乘线性拟合,目标的距离向速度和方位向速度可由拟合系数计算得到。与传统方法相比,该方法不仅计算量小,而且无须先做距离徙动校正(RCMC)。该文给出了新方法的数学模型和参数选取原则,分析了该方法的估计精度、计算量和适用条件,并通过仿真和实际数据处理验证了该方法的有效性。

English

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  • 图 1  运动目标和载机的几何关系

    图 2  回波序列示意图

    图 3  本文算法流程图

    图 4  最小二乘拟合结果

    图 5  运动目标与静止场景的合成SAR图像

    表 1  雷达仿真参数

    参数名称参数值
    距离向点数2048
    方位向点数32768
    中心频率(GHz)15.6
    距离向采样率(GHz)1
    信号带宽(MHz)700
    信号脉宽(μs)2
    飞机地速(m/s)80
    脉冲重复频率(Hz)1440
    中心斜距(km)15
    目标1距离向速度(m/s)3
    目标1方位向速度(m/s)–20
    目标2距离向速度(m/s)–10
    目标2方位向速度(m/s)–10
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    表 2  匀速运动目标距离向速度估计结果

    目标编号Hough变换速度估计结果 (m/s)Hough变换估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标13.3411.503.062.25
    目标2–10.171.75–9.920.80
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    表 3  匀速运动目标方位向速度估计结果

    目标编号MD速度估计结果(m/s)MD估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标1–20.502.54–20.713.58
    目标2–9.980.16–10.060.60
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    表 4  算法运算时间(s)

    目标编号Hough变换执行时间MD执行时间本文算法执行时间
    目标12.9632.260.50
    目标23.4424.780.34
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    表 5  加速运动目标距离向速度估计结果

    目标编号Hough变换速度估计结果 (m/s)Hough变换估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标3–13.5035.00–9.930.70
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    表 7  加速运动目标方位调频率估计结果

    目标编号MD速度估计结果(Hz/s)MD估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(Hz/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标3444.67313.3108.080.46
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    表 6  加速运动目标方位向速度估计结果

    目标编号MD 速度估计结果(m/s)MD估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标3–173.241632.40–45.49354.90
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    表 8  清除地杂波频谱后的速度估计结果

    波束角(°)距离向速度估计结果(m/s)距离向速度估计相对误差(%)方位向速度估计结果(m/s)方位向速度估计相对误差(%)
    12.932.33–21.839.15
    33.279.00–23.9019.50
    54.0133.67–24.9324.65
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    表 9  不同信噪比下的速度估计结果

    信噪比(dB)距离向速度估计结果(m/s)距离向速度估计相对误差(%)方位向速度估计结果(m/s)方位向速度估计相对误差(%)
    0–9.920.80–10.060.60
    –20–9.930.70–9.683.20
    –30–9.742.60–14.3043.00
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    表 10  实测数据参数

    参数名称参数值
    距离向点数733
    方位向点数32768
    中心频率(GHz)15.6
    距离向采样率(GHz)1
    信号带宽(MHz)700
    信号脉宽(μs)60
    飞机地速(m/s)78
    脉冲重复频率(Hz)1400
    中心斜距(km)33
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  • 通讯作者:  王超, wangchao_thu@163.com
  • 收稿日期:  2018-07-13
  • 录用日期:  2019-01-17
  • 网络出版日期:  2019-01-31
  • 刊出日期:  2019-05-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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