1、机载机载SAR地面运动目标检测与成地面运动目标检测与成像技术研究像技术研究论文结构 1.论文背景 2.SAR/GMTI基本理论 3.单通道SAR/GMTI技术 4.多通道SAR/GMTI原始数据模拟 5.基于DPCA的SAR/GMTI技术 6.基于ATI的SAR/GMTI技术 7.机载SAR/GMTI误差及误差补偿技术研究 8.结束语SAR/GMTI意义 在军事领域和民用领域都具有重要的价值，是国际研究的热点。在“沙漠风暴”、“联盟力量”、“持久自由”和“伊拉克自由”等军事行动中发挥了重要作用。在反恐活动、海上缉私、难民控制、交通控制与管理等民用领域发挥积极的作用。美国提出Discoverer
2、战时检测军事目标，和平时期进行交通监测，2000年美国用SRTM进行了交通监测的试验，2002年欧洲提出了用SAR/GMTI构建新的交通管理系统的概念，德国也计划利用TerraSAR-X进行交通监测。SAR/GMTI的发展状况 在20世纪70年代开始进行SAR/GMTI技术的研究；目前的几个研究方向 无人机SAR/GMTI：典型的无人机SAR/GMTI系统有：HiSAR、Lynx、TESAR等。机载SAR/GMTI：典型的机载SAR/GMTI系统有：APY-3、ASARS-2、APG-76、APY-6等。星载SAR/GMTI：研制中的星载SAR/GMTI系统有：RADARSAT-2、TERRA
3、SAR-X，分布式SAR/GMTI系统有：Techsat21、Discover、Cartwheel、COSMO/skymed、TanDEM-X等。SAR/GMTI的发展状况 目前各国正加大投入，或者开发新的监视系统、或者对现有的系统进行升级、或者研制实验用机载SAR/GMTI对新的SAR/GMTI方法进行研究和实验。正在研制的SAR/GMTI系统有：通用原子公司的APY-8、英国的ASTOR、桑迪亚公司的MiniSAR、德国的MiSAR、北约的SOSTAR-X等。正在升级的SAR/GMTI系统有：JSTAR、ASARS-2、Global Hawk等。实验用机载SAR/GMTI系统有：NASA/
4、JPL的双频双基线AIRSAR、加拿大的CV580-SAR和XWEAR、德国的AER-II、E-SAR和PAMIR、法国的RAMSES等。SAR/GMTI的发展趋势 小型化:随着对无人机需求得增加，对小型SAR的需求在增加，通用原子公司的APY-8仅重39kg,桑迪亚公司的MiniSAR仅重14kg，德国的MiSAR更是仅有4kg。实时处理:目前几乎都有的SAR/GMTI系统都具有实时处理能力。多通道:由于多通道SAR/GMTI系统的优异性能，目前，APY-3、APY-6、APG-76等系统都采用基于DPCA的多通道SAR/GMTI，随着ATI技术和STAP技术正日趋成熟，多通道SAR/GMT
5、I系统的应用将更加广泛。多平台信息融合:美国已经启动了多平台雷达技术改进计划，利用多平台进行信息融合，提高信息精度，并提出了“母鸡”与“小鸡”的概念。此外，美国还计划利用JSTAR、ASTOR、Horizon、P3进行多平台GMTI实验。SAR/GMTI的发展趋势 对空监视和对地监视融合:美国计划利用有源电子扫描阵列（AESA），将E8和E3的功能融合到一起，在单个平台上实现对空和对地监视。星载SAR/GMTI:星载SAR测绘带宽、可对全球任何地区进行全天候全天时的监视、生存能力强，所以星载SAR/GMTI也是一个研究的热点。双基或多基SAR/GMTI:由于双基或多多基系统具有生存能力强、可形
6、成较长的基线、可获得多向散射信息等优势，双基或多基SAR/GMTI也是一个研究的热点。1996年美国空军启动了AASP（Advanced Airborne Surveillance Program）计划，开发和演示机载双基多通道MTI技术，2003年法国和德国利用RAMSES和E-SAR进行了双基SAR/GMTI实验。博士学位论文答辩：混沌信号合成孔径雷达研究（第 7页）论文结构 1.论文背景 2.SAR/GMTI基本理论 3.单通道SAR/GMTI技术 4.多通道SAR/GMTI原始数据模拟 5.基于DPCA的SAR/GMTI技术 6.基于ATI的SAR/GMTI技术 7.机载SAR/GMT
7、I误差及误差补偿技术研究 8.结束语SAR/GMTI的困难 SAR的特点使SAR/GMTI困难 平台运动：多普勒谱展宽 高分辨（小天线宽波束）：多普勒谱宽 PRF较低 高数据率 SAR/GMTI的任务 去除杂波并检测运动目标 运动目标参数估计 运动目标重新成像目标运动对SAR图像的影响 地面杂波与运动目标的回波特性不同使得常规SAR图像中运动目标产生方位位置偏移、散焦、模糊、距离走动、目标分裂等现象。散焦目标运动引起的调频率误差为：目标运动引起的二次相位误差为：20022xaxyvv vy aKR 220022222xaxysaaRvv vy aTQPEKQD v 目标运动对SAR图像的影响
8、与聚焦深度的讨论相似，当 时，目标运动引起的散焦可以忽略，那么多普勒调频率误差需满足：当 和 满足下式时散焦可忽略：QPEQ4aKQKTBPxvya2022001,0,221,0,2aaxxayaayxD vvvvaQRD vavQR y目标运动对SAR图像的影响 模糊成像时，匹配滤波器的谱中心与动目标谱中心不匹配，只有部分运动目标的多普勒谱进入匹配滤波器，从而降低了目标的分1DopQ辨率，引起模糊，原理如图所示。如果 为运动目标的多普勒中心偏移与多普勒带宽之比，进入匹配滤波器的运动目标的谱只有 ，运动目标的方位分辨率变为原来的 倍，幅度变为原来的 倍，信干比（SIR）变为原来的 倍。1Dop
9、dQB11DopQ21DopQDopQ目标运动对SAR图像的影响 快速运动目标的方位多普勒偏移超过杂波带宽，被全部滤除，在常规SAR图像上将看不到运动目标。增加匹配滤波器带宽或者采用SPECAN成像算法方法可以降低运动目标的模糊，增加SAR/GMTI系统的信干比，使图像域DPCA和ATI可以同时检测慢速运动目标和快速运动目标。RD算法成像 增加匹配滤波器带宽的RD算法成像 SPECAN算法成像 增加匹配滤波器带宽和采用SPECAN成像的图像域DPCA和ATI检测快速运动目标采用普通RD算法成像 增加带宽RD算法成像 SPECAN算法成像 运动目标多普勒中心偏移为128.6Hz，多普勒带宽为10
10、0Hz 论文结构 1.论文背景 2.SAR/GMTI基本理论 3.单通道SAR/GMTI技术 4.多通道SAR/GMTI原始数据模拟 5.基于DPCA的SAR/GMTI技术 6.基于ATI的SAR/GMTI技术 7.机载SAR/GMTI误差及误差补偿技术研究 8.结束语单通道SAR/GMTI技术 尽管单通道SAR/GMTI检测性能和参数估计精度都有限，但是单通道SAR/GMTI结构简单、技术要求不复杂、成本较低、易于实现，很多无人机SAR/GMTI都采用单通道。例如Lynx SAR其分辨率可达0.1 m，最小可检测速度达3m/s，定位精度达2m。Lynx SAR/GMTI图像 自适应频域滤波S
11、AR/GMTI 频域滤波法类似地面雷达所采用的MTD方法，根据目标回波的多普勒频率，构造带通滤波器组，即可抑制杂波，检测运动目标，然后估计运动目标的运动参数，并对其重新聚焦成像，最后将运动目标的图像叠加到静止目标的SAR图像上。（参考文献132）在机载SAR中，由于载机速度不均匀，载机姿态不稳定，天线扫面，以及地面杂波的起伏等因素，杂波谱中心和谱宽都是时变的。为了抑制这类时变杂波必须采用自适应MTI。自适应频域滤波SAR/GMTI处理框图自适应频域滤波SAR/GMTI关键环节 杂波谱中心与谱宽的估计首先利用惯导数据粗略估计杂波谱中心和谱宽 俯仰角，方位角，俯仰角宽度，方位角宽度。在粗略估计的谱
12、宽内进行杂波谱中心和谱宽的精确估计B2coscos2cos sincossinaCaBBvfvB B自适应频域滤波SAR/GMTI关键环节 谱中心为：3dB 谱宽为：（假设高斯功率谱）2121CNk NDCNk NkP kNfP k P k12,N N方位功率谱函数 由惯导粗估的谱宽 212122 2ln22.355CNDCk NNk NdkfP kNP kB自适应频域滤波SAR/GMTI关键环节距离走动校正：运动目标的速度事先无法知道，对距离走动的校正非常困难，可通过降低分辨率，减小距离走动，但使得信杂比下降，给检测带来困难。本文提出在距离-多普勒域对每个匹配滤波器分别进行距离走动校正。原理
13、：每个匹配滤波器的对应一个速度，那么可根据这个速度进行距离走动校正。距离走动两与多普勒频率的关系为：2CCDMDMafffKCDMfaK匹配滤波器的谱中心 方位调频率 自适应频域滤波SAR/GMTI关键环节 在出现盲速时，该距离走动校正方法失效，不能补偿的距离走动量为：R-D域距离走动轨迹 RCMC之前 RCMC后 8/yvm s202nDopaaR PRFnD v多普勒模糊数Dopn自适应频域滤波SAR/GMTI性能分析 CFAR检测性能采用CA-CFAR，检测性能曲线如图所示。自适应频域滤波SAR/GMTI性能分析n速度检测范围n定位精度：单目标情况下，该方案中最大多普勒中心估计误差为：。
14、那么定位精度为：,22DDDDPRFBPRFBBB2DaaBvMDVD4DMUVPRFB0084daaR BRxvD 4DB自适应频域滤波SAR/GMTI性能分析n改善因子020/22 sin2/2 sinftawootiiwaaKDcKSCRBISCK DcRBD表示副瓣水平wK计算机仿真n以电子所某SAR数据对算法进行验证，该数据为铁路附近的一块数据，有一火车正在通过。估计的杂波多普勒中心为234.6Hz，多普勒谱宽为370Hz，经频谱搬移后，设置三个带通匹配滤波器，进行自适应频域滤波，其中一个对静止场景进行成像，另外两个用于检测运动目标。计算机仿真论文结构 1.论文背景 2.SAR/GM
15、TI基本理论 3.单通道SAR/GMTI技术 4.多通道SAR/GMTI原始数据模拟 5.基于DPCA的SAR/GMTI技术 6.基于ATI的SAR/GMTI技术 7.机载SAR/GMTI误差及误差补偿技术研究 8.结束语机载多通道SAR/GMTI原始数据模拟 实际飞行实验数据：真实、成本高、不灵活。完全采用计算机仿真：成本低、灵活、运算量大、数据真实性低。国内难以获得真实的多通道SAR数据。提出两种基于真实单通道SAR数据的多通道SAR/GMTI原始数据模拟方法：节约成本、数据真实性高、动目标灵活可调。单通道SAR数据直接抽样法 真实单通道SAR数据加窗形成多个子孔径（杂波）计算机仿真获得多
16、通道SAR运动目标数据。杂波数据与运动目标数据时域叠加。误差引入：前面获得的是完全满足DPCA条件的理想数据。实际中误差不可避免。应在这些数据中注入误差。MIT林肯实验室的R.W.Miller分析了误差因素在道数据间的去相关作用，给出了存在这些误差因素时通道数据的相关性数学模型。所以，可根据这些数学模型确定引入误差的大小。单通道SAR数据直接抽样法多通道SAR/GMTI原始数据模拟流程框图 单通道SAR数据直接抽样法单通道SAR图像 仿真的多通道SAR图像驻点模拟法 驻点模拟法可以灵活的加入运动误差、接收机通道失配误差、天线方向图不一致等，而且驻点模拟法同样可以获得高真实度的多通道SAR杂波数
17、据。高分辨率复SAR图像，获得分布场景的反射系数；尽管这样获得的反射系数与其真实值有一定误差，但还是较真实的反映了仿真场景的统计特性。根据多通道SAR回波模型，通过仿真获得具有真实杂波和运动目标的多通道SAR数据。驻点模拟法驻点模拟处理框图驻点模拟法 惯导误差：要获得惯导误差的解析解非常困难，为了简单，这里用4阶龙格-库塔法解微分方程组，得到惯导误差的数值解。假设陀螺仪的零点漂移分别为 和 ,加速度计的零点漂移为纬度为 ，飞机速度为 ，俯仰和横滚误差为0。00.001/xh00.001/yzh 61 10 xyg 045L 200/xVm s驻点模拟法 惯导误差和天线方向图 Y轴位置误差 偏航
18、误差 天线方向图 X轴位置误差 驻点模拟法Moving Target反射系数的相位分布 反射系数的幅度分布 采用的高分辨 率SAR图像 仿真的多通道SAR图像 论文结构n1.论文背景n2.SAR/GMTI基本理论n3.单通道SAR/GMTI技术n4.多通道SAR/GMTI原始数据模拟n5.基于DPCA的SAR/GMTI技术n6.基于ATI的SAR/GMTI技术n7.机载SAR/GMTI误差及误差补偿技术研究n8.结束语基于基于DPCADPCA的机载的机载SAR/GMTISAR/GMTI技术技术 DPCA 是1953年通用电气公司提出，用于补偿平台运动引起的多普勒展宽，是一种典型的杂波抑制方法，
19、是STAP的一个特例。国外DPCA技术已经比较成熟，采用DPCA技术的典型系统有：JSTAR（APY-3）、E-2C（APS-145）、P-3（APY-6）、F-4E（APG-76）等。另外，研制中的星载SAR：RADARSAT-2和TerraSAR-X也都采用了DPCA进行GMTI。国内相对落后，还未见基于DPCA的SAR/GMTI系统研制成功的报道，开展基于DPCA的机载SAR/GMTI技术的研究仍是有意义的。三种DPCA算法处理流程 时域 DPCA 频域DPCA 图像域 DPCA 时域DPCA 1121,exp1 exp,1 exp,1 exp2 sin2ttsRRttRttDPCA t
20、 VD t rectjtjtTststHt VjtsttHt Vjt 22000200020.5224taxyxyxaxayadtvvvx ay aa dd vvtRvddy vRvR频域DPCA 022000220020.50.50.5yaxDaxyxyxaxaxyxyxy v d vvRvvvx ay aa dd vvmTvvvx ay aa d 1121,exp1 expexp,1 exp,2 sin2DDRRDDRDDDPCAVD ujjSSj mTHVjSHV 图像域DPCA 20020,exp212expexp1 exp212,1 exp,2 sinsIassctsastsItIt
21、tTDPCA t VrectjKTTp ttp tttjttTrectjKT p ttjtTHt VjtHt Vt ,exp,expDtItaDaDPCAVDPCA t Vj t dtDPCA t VDPCA t VhtDPCAV Hj t d三种DPCA的关系 计算机仿真 时域DPCA结果 yv频域DPCA结果 yv图像域DPCA结果 yv时域DPCA结果 xv频域DPCA结果 xv图像域DPCA结果 xv计算机仿真 yxvv时域DPCA结果 ya频域DPCA结果 ya图像域DPCA结果 ya时域DPCA结果 yxvv频域DPCA结果 yxvv图像域DPCA结果 yxvvDPCA通道间相位差
22、补偿方法 相位中心偏置引入的相位误差 两个通道的杂波信号可表示为：022sinav ttddR 210212expexp2aRRRRav tststjdRdSSjv匹配函数法补偿相位差如果两个通道采用不同的匹配滤波函数，可以补偿通道间的相位误差，即：三种补偿方法比较 相位补偿方法对PRF、基线长度和平台速度的要求运算量适用的DPCA算法延时法要求不增加三种DPCA算法都适用R-D域去斜坡不要求增加频域DPCA图像域DPCA匹配滤波函数法不要求少量增加图像域DPCA 2102expav thth tjdR频域DPCA性能 距离向速度频域DPCA响应、改善因子和盲速：sin,1 exp22sinD
23、DDdHfjf mj 22sin,2sin,sinDDaDHfIFv TH00,1,2,2yblindk Rvky mT 频域DPCA性能距离向速度频域DPCA响应 距离向速度频域DPCA改善因子 距离向速度频域DPCA改善因子 距离向DPCA盲速及目标幅度 频域DPCA性能 方位向速度频域DPCA响应、改善因子和盲速：,1 exp22DDxDaxdHfvjfmvvT 22,0DDxDDHfvIFHf,k=1,2,22xblindaDdvvmTkT f频域DPCA性能方位向速度频域DPCA响应 方位向速度频域DPCA改善因子 方位向速度频域DPCA改善因子 方位向速度DPCA盲速及目标幅度 频
24、域DPCA性能n距离向加速度频域DPCA响应、改善因子和盲速：20,1 exp22aDDyDaydvHfajfmvy aT 22,0DDyDDHfaIFHf2022,k=1,2,aaDyblinddvvmTkT fay频域DPCA性能距离向加速度频域DPCA响应 距离向加速度频域DPCA的改善因子 距离向加速度频域DPCA的改善因子 距离向加速度DPCA盲速及目标幅度 频域DPCA性能 方位向加速度频域DPCA响应方位向加速度频域DPCA响应 20,exp220.5aDxDaxxdvHfaAjfmvx aa d T论文结构n1.论文背景n2.SAR/GMTI基本理论n3.单通道SAR/GMTI
25、技术n4.多通道SAR/GMTI原始数据模拟n5.基于DPCA的SAR/GMTI技术n6.基于ATI的SAR/GMTI技术n7.机载SAR/GMTI误差及误差补偿技术研究n8.结束语基于基于ATI的机载的机载SAR/GMTI技术技术 ATI技术首先由R.M.Goldstein和H.A.Zebker提出用于洋流测量，运用ATI技术检测地面运动目标潜力巨大。国外已有多套ATI-SAR系统，用于ATI-SAR地面运动目标检测的研究和实验，例如加拿大的CV-580 SAR、德国的E-SAR和PAMIR、法国的RAMSE、美国NASA/JPL实验室的双频双基线ATI-SAR等。另外，研制中的星载SAR系
26、统：RADARSAT-2、TerraSAR-X、COSMO-Skymed也都采用ATI技术检测地面运动目标。ATI对PRF、平台速度、基线长度的要求低（DPCA）ATI可长时间的相干积累，分辨率高，SCR低（STAP）ATI测洋流没有杂波的问题，整个洋流为一个速度相同的目标。ATI进行GMTI，存在杂波，运动目标为一些孤立的离散目标。ATI相位数学模型 距离向速度ATI相位数学模型、MDV和盲速 2sinavMDVd sinayblindk vvd 0022sinyyaayddtvvRvv距离向速度的干涉相位 ATI相位数学模型 方位向速度 ATI相位数学模型 距离向加速度ATI相位数学模型
27、方位向加速度ATI相位数学模型 202axaxad vvtd vvtRv 2002ayaad vy atdvtRv 2000.52axxaad vx aa dtdvtRvATI相位数学模型方位向速度的干涉相位 距离向加速度的干涉相 位 距离向加速度的干涉相 位 距离向速度和方位向速度的干涉相位 杂波的ATI概率密度分布模型 n杂波的ATI幅度和相位联合概率密度函数 n杂波的ATI相位概率密度函数 n杂波的ATI幅度概率密度函数 112222cos22,exp111nnAnnnnfKn 2222112211cos112,1;cos2221cosnnnnfFnn 101222242111nnAnn
28、nnfIKn 杂波的ATI幅度和相位联合分布图 杂波ATI相位主要分布在0附近，ATI幅度越小，ATI相位波动越大，ATI幅度越大，ATI相位波动越小，当ATI幅度很大时，ATI相位集中在0处。相干系数越大ATI相位分布越平稳；多视处理使ATI的相位分布更为平稳。,杂波的ATI相位分布图和幅度分布图 杂波的ATI相位方差和幅度均值、方差 杂波的ATI相位集中在零处，相关性为0时，ATI相位为均匀分布，相关性为1时，ATI相位为Dirac函数。随ATI处理视数的增加，杂波的ATI幅度分布越平稳，方差越小，并且均值趋近于相干系数。随相干系数的增加，杂波的ATI幅度分布越不平稳，方差越大。杂波加运动
29、目标的统计模型n杂波与运动目标往往混叠在一起，所以讨论杂波加运动目标的统计模型更有意义。n相关系数随运动目标干涉相位的增加而减小，随着SCR的增加有，干涉相位趋近于运动目标的干涉相位 相关系数随运动目标干涉相位的变化曲线 干涉相位随SCR的变化曲线 杂波加运动目标的ATI联合分布图 杂波加运动目标的ATI相位分布图 随着视数的增加，幅度和相位分布越平稳；随着相关系数的增加，相位分布越平稳，但是幅度分布越不平稳；这与仅有杂波的情况一致，只是相位均值改变，相位均值随着SCR的增加趋近于运动目标的干涉相位。ATI 检测性能 dMMPfdfd fPfdfd虚警概率随相位门限的变化曲线 不同SCR下，检
30、测概率 随相位门限的变化曲线 不同视数n，检测概率 随相位门限的变化曲线 ATI 检测性能视数n12345678相位门限(rad)3.12992.90011.44860.82390.60990.50000.43130.3836视数n910111213141516相位门限(rad)0.34830.32090.29890.28070.26540.25230.24100.2310不同视数下，检测概率随SCR的变化 不同运动目标干涉相位下检测概率随SCR的变化 ATI双门限检测n检测概率和虚警概率是一对矛盾，要增加检测概率，就要减小相位门限，使得虚警概率增加；要减小虚警概率，就要增加相位门限，使得检测
31、概率减小，同时也增大了最小可检测速度（MDV）。利用幅度和相位两次门限检测就可以解决检测概率与虚警概率间的矛盾，称为双门限检测器。双门限检测器同时利用了相位信息和幅度信息提高了检测性能。ATI双门限检测器的检测概率和虚警概率：,fAAPfd dfd d ,dMAMAPfd dfd d ATI双门限检测视数n12345678相位门限 3.12992.90010.61260.59800.54330.49170.45900.4300幅度门限 0.13860.08410.60300.44570.40180.39000.36190.3481视数n910111213141516相位门限0.40040.37
32、680.34810.32920.31240.30130.28720.2778幅度门限0.32000.31880.34880.36880.37880.37060.36120.3588虚警概率为10-5，双门限检测器的各视相位门限和幅度门限 ATI双门限检测不同视数下，检测概率随SCR的变化不同运动目标干涉相位下检测概率随SCR的变化 ATI 速度估计方法 距离向速度估计 方位向速度估计 本文提出剪切平均法和自聚焦相结合的方法估计方位向速度。原理是：检测到运动目标后，提取运动目标的复图像；将复图像在方位向进行IFFT处理，转换到方位多普勒域；然后再设置一组匹配滤波器，对运动目标重新聚焦成像，选取响
33、应最大的作为估计值。具体方法与第三章3.4.2节所讲的参数估计方法类似。2sinayvtvd ATI速度估计精度 距离向速度估计精度 方位向速度估计精度 方位向速度和距离向加速度的干涉相位混合到一起，无法区分，当出现加速度时，会影响方位向速度的估计精度。方位向速度估计误差为：222222sinyyavvvd2yv2ATI相位方差 ATI测速方差 0,2yxaxay avvvv ATI解模糊 干涉测高时，干涉相位成周期性变化，可以根据这个变化解相位模糊。而ATI检测地面运动目标时，运动目标为一些离散点，干涉相位没有周期性渐变的规律，所以必须寻求新的方法解ATI的相位模糊。受连续波测距雷达解距离模
34、糊和PD雷达解速度模糊方法的启发，本文提出采用中国余数定理解ATI的速度模糊。根据下式，多基线、多频ATI都可以解模糊，其原理一样。这里以多基线ATI为例介绍ATI解模糊。sinayblindk vvdATI解模糊 假设N基线ATI-SAR系统，则有：上式为一同余方程组，根据中国余数定理，它在最大盲速之内有唯一解。2riiiiav dLk mmvmax1Narblindiivvmd22riiiiiaiivkkvdd iiddmim基本基线长度 两两互质 ATI解模糊 实际中，ATI相位中含有误差，使得余数中含有误差，解同余方程组时 可能产生误差，从而引起很大的速度估计误差。应用中国余数定理解A
35、TI模糊要求相位噪声需满足：ik22max2ip论文结构n1.论文背景n2.SAR/GMTI基本理论n3.单通道SAR/GMTI技术n4.多通道SAR/GMTI原始数据模拟n5.基于DPCA的SAR/GMTI技术n6.基于ATI的SAR/GMTI技术n7.机载SAR/GMTI误差及误差补偿技术研究n8.结束语DPCADPCA和和ATIATI的机载的机载SAR/GMTISAR/GMTI误差及误差补偿误差及误差补偿方法研究方法研究 由于众多重要的实际因素，理想的DPCA、ADPCA和ATI的性能是很难获得的，这一章将分析引起DPCA、ADPCA和ATI性能下降的一些重要因素，并研究误差的补偿方法。
36、可以看出在出现通道失配以 及失配时ADPCA的性能仍可保持，三单元DPCA性能要优于两单元DPCA 影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素 根据文献45，所有这些因素相当于对采样协方差矩阵进行加权，称为协方差矩阵加权（Covariance Matrix Taper，CMT）其数学模型为：ATI的性能也与相关系数密切相关，所以分析各种因素的去相关是必要的。通道失配通道失配 窄带通道失配：幅度误差和相位误差为一未知的常数，可视为对信号的固定加权。RR TtimespaceTTT1 1 1 spaceT11010log1CR影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的
37、重要因素性能的重要因素宽带通道失配：通道传递函数的数学模型不能再简单的视为一未知的常系数复增益乘法器，其数学模型为随机变量：1122121211212122221 NNNjjNjjNspacejNNeeeee T2222jijiijjijjjHHiijjjijijijijjjijijiijjEeXeXeE X XeE XE XEeXEeX 影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素1ii 1,220,elsep1,220,elseip 22sin,211,12ikjjikspaceikiEEE eE ecijEij T 2222sin2,11121,jijjHijij
38、ijijiijcEEE eE eE X XijEE XE Xij影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素n窄带幅相失配没有去相关作用，只是改变了相关系数的相位。所以，窄带幅相失配对DPCA的对消能力影响不大。ATI的相位分布规律不变，只是相位均值有变化，如采用CFAR检测，对ATI的检测性能和测速精度影响不大。n宽带失配具有去相关作用，其对DPCA和ATI的检测性能的影响较大。-20-15-10-50510152000.10.20.30.40.50.60.70.80.91SCR(dB)Probability of Detection Pd Number of loo
39、ks=8=0.96Pf=10-4=1rad ideal ATINarrowband errorBandwidth error影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素n 失配:DPCA要求 为整数,否则称为 失配。n由图可以看出，基线 越长，系统可容忍越大的 失配误差。2av Td-0.500.50.40.30.20.1-0.1-0.2-0.3-0.4-30-25-20-15-10-50Normalized DopperSINR loss(dB)N=3 M=16d=0.1m=0.03mIdeal ADPCAIdeal DPCADPCA d=/2ADPCA d=/2DP
40、CA d=1mADPCA d=1m影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素n姿态误差姿态误差 q偏航和俯仰:偏航和俯仰在通道间引入相位误差，并引起 失配俯仰引入固的定相位误差，可归入窄带通道失配；而偏航引入的相位误差随距离线变化，其量值也更大，不容易补偿，在较小的区域内，偏航引入的相位误差随距离线的变化较小，可视为常数。00cos21sin,1,2,nyndnNR00cos21sin,1,2,nHndnNR偏航俯仰影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素 偏航和俯仰引入的相位误差分别约为35.9和21.5 出现偏航和俯仰时，地形起伏也会引
41、入相位误差，高度为600m的目标引起的相位误差分别约为0.64和1.4。对于较平坦地区可忽略。横滚横滚 横滚使得波束在距离向偏移，类似距离走动，横滚引起时间去相关，不同的脉冲照射的区域不同，重叠的区域是相关的，不重叠的区域是不相关的。000.03,9000,15000,1,2,0.2m Hm ym dm N =rrlayijtimeijrij TWW T影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素-0.50 0.5 0.40.30.20.1-0.1-0.2-0.3-0.4-35-30-25-20-15-10-50Normalized DopperSINR loss(dB
42、)N=3 M=3 d=1mH0=9000m y0=15000mIdeal DPCADPCA with yaw 0.20DPCA with pitch 0.20DPCA with roll 0.20/sADPCA with yaw 0.20ADPCA with pitch 0.20ADPCA with roll 0.20/s-20-15-10-5051015200.10.20.30.40.50.60.70.80.91SCR(dB)Probability of Detection Pd Number of looks=8=0.96 Pf=10-4 =1rad ideal ATIYawPitchRo
43、lln由图可以看出姿态误差对DPCA和ATI的性能影响很大，对ADPCA的性能影响较小，出现俯仰和偏航时，ADPCA的凹口位置有偏移，如果横滚速度较慢，由于相干处理时间较短，横滚对DPCA、ADPCA和ATI的性能影响很小。影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素n杂波内部运动杂波内部运动（时间去相关）n杂波功率谱数学模型：n杂波的时域相关函数为：n 22221114jfccbrPf errb =ijctimeijij TT 2111 4bfcrbPfferr影响影响DPCADPCA和和ATIATI性能的重要因素性能的重要因素 杂波内部运动时，DPCA和ADPCA的
44、凹口变宽，最小可检测速度变大，ATI的检测性能下降，且相位检测门限变大为26.9，最小可检测速度也变大。-0.500.50.40.30.20.1-0.1-0.2-0.3-0.4-30-25-20-15-10-50Normalized DopperSINR loss(dB)N=3M=16Ideal DPCADPCA with ICMADPCA No ICMADPCA with ICM-20-15-10-5051015200.10.20.30.40.50.60.70.80.91SCR(dB)Probability of Detection Pd Number of looks=8=0.96Pf=1
45、0-4=1rad ideal ATIICM通道补偿方法研究 2-D自适应通道补偿方法（27dB 杂波抑制)回波数据经过距离压缩、距离徙动校正、方位向傅里叶变换 和距离向傅里叶变换,将数据变换到二维频域,然后按下式迭代可补偿通道间的幅相误差。*2112222*1212122212,nnnnnnnnSSdSSSdSSdSSSd 通道补偿方法研究均衡前干涉相位分布 均衡后干涉相位分布 对消前的SAR幅度图 未做通道均衡DPCA杂波抑制结 通道均衡后DPCA杂波抑制结果 理想DPCA杂波抑制结果 通道补偿方法研究理想ATI 未作通道均衡的ATI 通道均衡后的ATI 通道补偿方法研究双门限双门限DPCA
46、DPCA原理原理实际中，DPCA杂波对消不理想，尤其是一些类似点目标的强目标剩余很大，造成虚警，使检测概率和虚警概率很难满足要求，要增加检测概率就使得虚警概率增加，而要减小虚警概率就使得检测概率减小。DPCA对消前后，固定目标的幅度变化较大，而运动目标的幅度变化相对较小，可以利用这个特点，设计DPCA双门限检测器，解决检测概率与虚警概率之间的矛盾。通道补偿方法研究DPCA对消前的SAR幅度 图 DPCA杂波抑制结果 单门限 DPCA 结果 双门 限 DPCA 结果 通道补偿方法研究 基于最小二乘估计和小波去噪的基于最小二乘估计和小波去噪的ATIATI自适应相位误差自适应相位误差补偿补偿 ATI
47、-SAR系统相位误差模型在距离-多普勒域可近似为线性模型：利用最小二乘估计ATI-SAR系统的相位误差。但是噪声 使得估计精度下降。如果在最小二乘估计前，采用小波去噪技术滤除这些噪声，将会提高ATI-SAR系统相位误差的估计精度。干涉相位出现缠绕，此时该相位校正方法引入新的相位误差，通过该方法的迭代可进一步校正这些新的相位误差，直至误差满足精度要求。2adV v通道补偿方法研究-300-200-1000100200300-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.6Dopper frequency(Hz)phase(rad)mean smoothingmean smoothing+wav
48、elet denoising-300-200-1000100200300-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8Dopper frequency(Hz)phase(rad)mean smoothingmean smoothing+wavelet denoising校正前R-D域干涉相位分布 校正后R-D域干涉相位分布 ATI-SAR系统相位误差估计 值 校正后ATI-SAR系统干涉 相位 通道补偿方法研究理想ATI 未作相位校正的ATI 相位校正后的ATI 论文结构n.论文背景n2.SAR/GMTI基本理论n3.单通道SAR/GMTI技术n4.多通道SAR/GMTI原始数据模拟n5.
49、基于DPCA的SAR/GMTI技术n6.基于ATI的SAR/GMTI技术n7.机载SAR/GMTI误差及误差补偿技术研究n8.结束语结束语 尚需进一步的研究尚需进一步的研究 针对实际的多通道SAR数据进行GMTI仿真研究；对STAP、VSAR、MF-SAR、MFMAPOLSAR、Dual speed SAR等SAR/GMTI方法进行研究；开展斜视SAR/GMTI，星载SAR/GMTI，多基SAR/GMTI，分布式SAR/GMTI的研究；对SAR/GMTI的实时处理方法进行研究；对运动目标参数估计方法和跟踪方法进行研究；结合相关的关键技术，研制实用的通道SAR/GMTI系统，力争运动目标检测和成像技术的研究和实用化上一个新的台阶。由于知识和能力的局限性，论文中错误和不足之处在所难免，恳请批评指正。END
