星载SAR斜视模式运动目标方位多通道信号重建方法.docx资源-CSDN文库

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1. 引言

星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar, SAR)是一种可以全天时、全天候工作的

全球对地观测的微波成像雷达

[1]

。与星载正侧视 SAR 相比，斜视模式

[2-6]

通过改变天线波束

的指向可以实现单次航对多个区域成像，也可以实现对同一区域的多次多角度成像。随着

斜视角度的增加，星载 SAR 的方位分辨率会越来越差，同时方位多通道接收技术可以有效

地提高方位分辨率

[7,8]

。

在星载多通道斜视模式成像处理方面：学者对静止目标的成像方法展开了深入的研

究。文献[9]分析了斜视角度对信号频谱的影响并给出了一种改进的重建算法；文献[10]提

出了一种基于混合基线的多通道斜视 SAR 的成像方法。在方位多通道运动目标成像方面，

文献[11-13]给出了几种改进的方位多通道重建方法；文献[14]通过分析运动目标对方位模

糊和频谱混叠的影响，提出了一种基于速度 SAR 的方位信号重建方法。当前对于星载斜视

多通道模式下运动目标信号处理方面的研究成果较少。

对于方位多通道 SAR 回波信号，通常需要进行多通道信号重建来解决方位向的非均

匀采样问题。斜视角度的增加导致了信号的频谱发生 2 次混叠，无法直接采用方位多通道

重建方法进行处理。同时，运动目标的多普勒调制和距离历史与静止目标存在较大差异。

本文建立了星载方位多通道斜视 SAR 模式下运动目标的几何模型，对斜视模式下回波信号

的特性和运动目标的速度对回波信号的影响进行了分析；通过方位去斜预处理消除了斜视

角度对多普勒历程的影响；然后通过修正的方位多通道重建矩阵消除了运动目标速度带来

的方位通道失衡，同时对通道冗余情况下的杂波抑制能力进行了研究；分析了估计速度误

差带来的残余相位误差的影响，并给出了一种星载方位多通道斜视 SAR 模式下的运动目标

速度快速估计搜索方法。

本文的结构如下：第 2 节建立星载方位多通道斜视 SAR 模式下运动目标的几何模

型，并对回波信号特征和运动目标速度的影响进行分析；第 3 节提出多通道斜视模式下运

动目标的多通道重建方法，同时对通道冗余情况下的杂波抑制能力进行分析，给出一种星

载方位多通道 SAR 斜视模式下的运动目标速度快速估计方法；第 4 节对提出的方法进行仿

真验证；第 5 节对全文进行总结。

2. 信号模型

2.1 成像几何模型

+ }}\frac{{v_{{\rm{rv}}}^{\rm{2}}{{\cos }^2}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}}

\right)}}{{2\left( {{R_0}{\rm{ + }}{u_{\rm{r}}}t} \right)}}{t^2} \\ & + \frac{{v_{{\rm{rv}}}^3\sin \left( {{\theta

_{{\rm{sq}}}}} \right){{\cos }^2}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right)}}{{2{{\left( {{R_0}{\rm{ + }}{u_{\rm{r}}}t}

\right)}^2}}}{t^3}\\[-18pt] \end{split}$$

其中

$${v_{{\rm{rv}}}} = {v_{\rm{s}}} - {u_{\rm{a}}}$$

(2)

同理，可以得到第$n$个接收通道与运动目标之间的斜距${R_{{\rm{mov}},n}}\left( t

\right)$

$$\begin{split} {R_{{\rm{mov}},n}}\left( t \right) \approx & {R_0}{\rm{ + }}{u_{\rm{r}}}t -

{v_{{\rm{rv}}}}{\rm{sin}}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right)\left( {t - \frac{{\Delta

{x_n}}}{{{v_{{\rm{rv}}}}}}} \right) \\ & +\frac{{v_{{\rm{rv}}}^2{{\cos }^2}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}}

\right)}}{{2\left( {{R_0}{\rm{ + }}{u_{\rm{r}}}t} \right)}}{\left( {t - \frac{{\Delta {x_n}}}{{{v_{{\rm{rv}}}}}}}

\right)^2} \\ & + \frac{{v_{{\rm{rv}}}^{\rm{3}}{\rm{sin}}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}}

\right){{\cos }^2}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right)}}{{2{{\left( {{R_0}{\rm{ + }}{u_{\rm{r}}}t}

\right)}^2}}}{\left( {t - \frac{{\Delta {x_n}}}{{{v_{{\rm{rv}}}}}}} \right)^3} \end{split}$$

(3)

由于在合成孔径时间内${R_0} \gg \left| {{u_{\rm{r}}}t} \right|$，双程斜距可以写成

$$\begin{split} {R_{{\rm{mov,total}}}}\left( t \right) =& {R_{{\rm{mov}},T}}\left( t \right) +

{R_{{\rm{mov,}}n}}\left( t \right) \\ \approx& 2{R_0} + 2\left( {{u_{\rm{r}}} - {v_{{\rm{rv}}}}\sin \left( {{\theta

_{{\rm{sq}}}}} \right)} \right)\left( {t - \frac{{\Delta {x_n}}}{{2{v_{{\rm{rv}}}}}}} \right) \\ & +

\frac{{{u_{\rm{r}}}\Delta {x_n}}}{{{v_{{\rm{rv}}}}}} + \frac{{v_{{\rm{rv}}}^2{{\cos }^2}\left( {{\theta

_{{\rm{sq}}}}} \right)}}{{{R_0}}}{\left( {t - \frac{{\Delta {x_n}}}{{2{v_{{\rm{rv}}}}}}} \right)^2} \\ & +

\frac{{{{\cos }^2}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right)\Delta x_n^2}}{{4{R_0}}} \\ & + \frac{{v_{{\rm{rv}}}^3\sin

\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right){{\cos }^2}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right)}}{{R_0^2}}{\left( {t -

\frac{{\Delta {x_n}}}{{2{v_{{\rm{rv}}}}}}} \right)^3} \\ & + \frac{{3v_{{\rm{rv}}}^{}\sin \left( {{\theta

_{{\rm{sq}}}}} \right){{\cos }^2}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right)\Delta x_n^2}}{{4R_0^2}}t \\ & - \frac{{3\sin

\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right){{\cos }^2}\left( {{\theta _{{\rm{sq}}}}} \right)\Delta x_n^3}}{{8R_0^2}}\\[-

18pt] \end{split} $$

(4)

在式(4)中，最后两项是采用多通道接收引入的对比项，根据表 1 中的仿真参数，目标

的合成孔径时间约为 1.2 s，式(4)中最后两项约为$1.74 \times {10^{ - 7}}$ m 和$1.61 \times

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