基于常规多普勒滤波器组结构的合成宽带距离像性能分析
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四创3821一次雷达简介摘要:3821一次监视雷达是民航等单位为机场配置的近程空管一次雷达。
该雷达能满足机场对飞机进近管制的需要,提供高精度、高数据率的雷达监视数据。
该雷达为固定站配置,采用全固态、全相参、脉冲压缩、AMTD技术体制,对飞行高度在40000英尺以下的目标,探测距离可达60海里以上,能给出连续实时的航迹信息,同时给出终端区危及飞行安全的气象信息。
关键词:AMTD;全固态;全相参1系统特点3821雷达是基于通用服务器软件化、精细化处理,高数据质量、高可靠性、高保障性的空管一次雷达,达到国际主流空管雷达先进水平,主要特点如下:a)数据质量高雷达采用软件化、精细化处理和全面的参数管理技术,数据质量高。
基于环境匹配的精细化处理,适应不同地理环境、气象环境、电磁环境的使用要求;基于全流程的精细化处理,结合39类500余项参数,覆盖脉压、滤波、恒虚警、杂波图、点迹、数据处理等各功能模块,所有参数可进行分级配置和管理;基于信号特征的精细化处理,对干扰、饱和、镜像、跨周期、固定等回波分类检测,有效抑制各类杂波干扰,基于回波和点迹特征的自适应跟踪模型算法,实现对高机动目标、慢速小目标稳定跟踪,对仙波能准确识别、隔离。
b)可靠性高雷达采用全固态器件、双套冗余架构、柔性自动重组,可实现无缝切换。
采用数据、视频、控制独立总线设计,实现稳定高速的数据传输。
发射机采用并馈式均衡高隔离大容量设计和独立供电架构。
平均致命故障间隔时间满足3万小时无停机故障。
雷达具备性能在线评估能力。
可实时监测状态信息,在线测系统参数,并采用数据库进行存储、管理和评估。
可实时实现点航迹质量分析,实现性能在线评估。
c)生命周期维护成本低雷达采用基于通用服务器的全软件化平台,在线可更换单元检测覆盖率100%,自动对故障进行隔离、报警,具备在线维护和维修能力;全流程各节点信息可显示、输出、记录、重演,具有远程诊断和技术支持能力;采用货架化服务器,软件易扩展,生命周期维护成本低,便于持续提升雷达性能。
基于随机脉冲重复间隔Radon-Fourier变换的相参积累陈潜;付朝伟;刘俊豪;吴嗣亮【摘要】针对远程隐身目标微弱回波的低信噪比检测和多普勒模糊下的参数测量问题,该文采用随机脉冲重复间隔Radon-Fourier变换(RPRI-RFT)实现回波脉冲的长时间相参积累和盲速旁瓣(BSSL)抑制.通过分析PRI随机抖动量与多普勒模糊旁瓣均值、随机调制噪声谱方差的定量关系,表明增加积累脉冲数量可以降低调制噪声的影响,并针对脉冲数增加导致的回波跨距离单元的问题,提出RPRI-RFT实现回波脉冲的有效相参积累.理论分析和仿真结果表明,RPRI-RFT能够降低随机调制噪声,同时可以抑制盲速旁瓣,从而有效提高低重复频率雷达对远程、微弱高速多目标的检测和测量能力.【期刊名称】《电子与信息学报》【年(卷),期】2015(037)005【总页数】6页(P1085-1090)【关键词】雷达信号处理;目标检测;随机脉冲重复间隔;Radon-Fourier变换;相参积累;盲速旁瓣抑制【作者】陈潜;付朝伟;刘俊豪;吴嗣亮【作者单位】北京理工大学信息与电子学院北京 100081;上海无线电设备研究所上海200090;上海无线电设备研究所上海200090;上海无线电设备研究所上海200090;北京理工大学信息与电子学院北京 100081【正文语种】中文【中图分类】TN957.51随着空中运动目标雷达隐身技术的发展与应用,对雷达的探测性能提出了更加苛刻的要求。
隐身目标的雷达散射截面积较常规目标大大降低,严重影响雷达的远程探测与监视能力[13]-。
另一方面,空中运动目标的远程探测通常采用低重复频率脉冲多普勒(Pulse Doppler, PD)雷达体制,此时存在速度模糊而影响目标速度信息的准确获取。
因此,低信噪比的微弱目标检测和解速度模糊是对隐身目标远程探测的一项关键技术。
增加信号相参积累时间是提高微弱目标检测信噪比的重要手段,但目标运动引起的回波包络跨距离单元走动会严重影响积累增益[24]-。
距离多普勒算法1.简介距离多普勒算法(RDA)是在1976年至1978年为处理SEASAT SAR数据而提出的,至今仍在广泛使用,它通过距离和方位上的频域操作,达到了高效的模块化处理要求,同时又具有了一维操作的简便性。
该算法根据距离和方位上的大尺度时间差异,在两个一维操作之间使用距离徙动校正(RCMC),对距离和方位进行了近似的分离处理。
由于RCMC是在距离时域-方位频域中实现的,所以也可以进行高效的模块化处理。
因为方位频率等同于多普勒频率,所以该处理域又称为“距离多普勒”域。
RCMC的“距离多普勒”域实现是RDA与其他算法的主要区别点,因而称其为距离多普勒算法。
距离相同而方位不同的点目标能量变换到方位频域后,其位置重合,因此频域中的单一目标轨迹校正等效于同一最近斜距处的一组目标轨迹的校正。
这是算法的关键,使RCMC能在距离多普勒域高效地实现。
2.算法概述图1示意了RDA的处理流程。
1.当数据处在方位时域时,可通过快速卷积进行距离压缩。
也就是说,距离FFT后随即进行距离向匹配滤波,再利用距离IFFT完成距离压缩。
图1(a)和图1(b)就是这种情况,图1(c)则不同。
2.通过方位FFT将数据变换至距离多普勒域,多普勒中心频率估计以及大部分后续操作都将在该域进行。
3.在距离多普勒域进行随距离时间及方位频率变化的RCMC,该域中同距离上的一组目标轨迹相互生命。
RCMC将距离徙动曲线拉直到与方位频率轴平等的方向。
4.通过每一距离门上的频域匹配滤波实现方位压缩。
5.最后通过方位IFFT将数据变换回时域,得到压缩后复图像。
如果需要,还进行幅度检测及多视叠加。
以下各节将依次讨论包括两种不同二次距离压缩(SRC)实现在内的所有步骤。
讨论基于机载C波段仿真数据,参数如表1所示。
表1距离信号和方位信号采样的差别图1 RDA 的三种实现框图3. 低斜视角下的RDA首先考察无需SRC 的简单低斜视角情况,处理步骤与图1中的基本RDA 相同。
Vol.36No.246舰船电子工程ShipElectronicEngineering总第260期2016年第2期合成孔径雷达多视处理方法性能评估磁朱 博 刘 涛(海军工程大学电子工程学院 武汉 430033)摘 要 多视处理是减小相干斑噪声对图像质量影响的常用方法。
常用的多视处理方法有基于多普勒子带划分的子孔径多视处理方法和基于空域平均的多视处理方法。
使用等效视图数等评价指标,对两种方法生成的图像相关和平滑程度进行对比,发现在子带重叠度为β=0.2时取得最佳滤波效果。
最后对提出的多视处理方法和估计方法进行了实测数据验证。
结果表明基于子带重叠的子孔径多视处理方法更具有有效性,比较适用于对SAR图像的多视处理研究。
关键词 合成孔径雷达;多视处理;子带重叠;空域平均中图分类号 TN95 DOI:10.3969/j.issn.1672‐9730.2016.02.013PerformanceEvaluationinSubapertureMeasurementofSyntheticApertureRadarZHUBo LIUTao(SchoolofElectronicEngineering,NavalUniversityofEngineering,Wuhan 430033)Abstract MultilookprocessingisabasicmethodforspecklereductionofSyntheticapertureradar(SAR)images.Thecommonlysubbandextractionstrategyarefrequencysubbandextractionandspatialdomainaverageprocessing.Inthefirstmethod,thefrequencydomainisdividedintomultiplesubbands.Eachsubbandisusedtogeneratealook,andallthelooksareaveragedincoherentlytoobtainthefinalimage.Theevaluationindex,suchasENL(EquivalentNumberofLooks),areusedtocomparetheimagecorrelationandsmoothdegreeoftwomethodsandputforwardanoptimizationalgorithmofthebandwidthsplittinginthesubbandextractionisintroducedinthispaper.Experimentsshowthatthesubapertureoverlapmethodhasabetterperformanceinspecklereductioncomparedwiththetraditionalmultilookprocessing.KeyWords SAR,multilookprocessing,subbandoverlap,spatialdomainaverageClassNumber TN951 引言随着航空航天技术的飞速发展,合成孔径雷达(SAR)不仅广泛的应用在军事上,而且在农业、地理、海洋、气象等领域也有广泛的应用。
一种MTD的优化设计及实际应用2005年3月火控雷达技术第34卷文章编号:1OO8—8652(2005)01—009—004一种MTD的优化设计及实际应用汪莉君罗丰吴顺君(西安电子科技大学西安710071)【摘要】根据某型雷达的具体情况,MTD的滤波器组采用了切比雪夫加权设计方法,对相关的信号处理方法如?to-虚警检测等关键问题作了讨论.测试结果表明,该MTD系统对地杂波的抑制比大于55dB,对动杂波的抑制比大于45dB,能够达到较好的动目标检测效果.关键词:MTD;切比雪夫;多普勒滤波器组;恒虚警;改善因子中图分类号:TN713;TN959.11文献标识码:A AnImprovedDesignandPracticalApplicationofMTD WangIijunIUOFengwuShunjun(NationalKeyLabfo,Rada~'SignalProcessing,XidianUniversity,Xi'a}l710071) Abstract:AChebyshevweightedDopplerfilterbankisadoptedforanewtypeofradar.Inthisp aper, therelevantprocessingmethodisdescribedandthekeyproblemssuchasCFARdetectionare discussed. TheexperimentresultsshowthattherejectionradioofMTDsystemtOthegroundclutterisgre aterthan55dB,andtherejectionradioofMTDsystemtOthemovingclutterisgreaterthan45dB. Keywords:MTD;Chebyshev;Dopplerfilterbank;CFAR;improvementfactor引言动目标检测(MTD)技术已经成为现代雷达信号处理中一项重要的技术,通过对回波脉冲作相参积累实现匹配滤波,使信噪比得到改善,在复杂背景中发现目标的能力得到提高.本文将对用于某型号警戒雷达信号处理系统中的MTD设计及其应用作简要阐述,多普勒滤波器组是MTD系统的核心,其性能决定MTD的性能,其实现常用快速傅里叶变换(FFT)和有限冲激响应(FIR)横向滤波器两种方法.前者灵活性较差,且杂波可能通过较高的副瓣(一13.2dB)进人而导致改善因子下降,常不能满足要求;而FIR滤波器具有灵活性,可根据实际的杂波特性,选用不同的加权得到满足要求的滤波器.实践证明,在被处理脉冲数较多(大于16)的情况下,MTD有较好的效果],基于该型号雷达脉冲序列较短的特点,本文采用一种基于切比雪夫加权的滤波器设计,使主响应之外的滤波器副瓣低于规定值,同时使滤波器响应主瓣宽度最小.另外,对于相应的信号处理方法尤其是恒虚警检测等问题进行了阐述.测试结果表明,基于该方法的MTD系统能够达到预期的效果.2MTD滤波器的设计2.1多普勒滤波器组雷达探测的目标大多为运动目标,如飞机,舰船,导弹等,而目标的周围经常存在着各种地物,海浪,气象及箔条干扰等杂波.运动目标和杂波(包括固定杂波和运动杂波)的差别主要体现在其速度上,通常后者运动收稿日期:2004—9—1392005年3月火控雷达技术第34卷速度远比目标运动速度低,这一速度差别反映在雷达回波中是它们的多普勒频移不同.这样,在时域上互相混叠的目标回波信号和杂波干扰有可能从频域上予以区分.实际工作中,MTD是通过用多个带通多普勒滤波器组成的滤波器组对雷达回波进行滤波处理,再对滤波器组的输出进行检测来发现目标的.目前MTD多普勒滤波器组常采用有限脉冲响应(FIR)滤波器来实现.图1所示为N阶MTD多普勒滤波器的结构,丁为脉冲重复周期,.~为FIR滤波器的加权系数.通常所用的常规MTD滤波器[2具较高的副瓣电平,这样容易造成滤波器组中不同滤波器的目标之间相互影响,可能带来虚警;另外,进入滤波器副瓣的杂波也会降低滤波器的杂波抑制性能.解决上述缺陷的方法有:在带通滤波器之前先采用对消器,将杂波的主要部分滤掉,这样后接的各滤波器的改善因子会有所提高;另一种办法是采用加权法降低各个滤波器的副瓣,同样可以提高改善因子.所付出的代价是滤波器的主瓣有所加宽.基于该型号雷达的实际工作参数和较少脉冲数(小于16)的限制,这里采取第二种解决方法.如果多普勒滤波器的设计准则选定,即要求主响应之外的滤波器副瓣响应低于规定值,同时使滤波器响应主瓣宽度最小.那么基于切比雪夫分布的FIR滤波器设计就是最佳方案.多普勒频率范围用一组相邻且部分重叠的切比雪夫加权滤波器覆盖,这样既可以保证将地杂波的大部分滤去,又使得滤波器的主瓣尽可能窄.2.2切比雪夫加权滤波器"切比雪夫逼近"称为等波纹最佳一致逼近.逼近准则是根据滤波器的设计指标,导出一组条件,在此条件下使得整个逼近的频率范围内逼近误差绝对值的最大值为最小.这里我们要设计通带内单调,阻带为等波纹的切比雪夫加权低通滤波器.假设期望滤波器的幅度函数为Ⅳ(),实际逼近的滤波器幅度函数为H(),则加权输逼近误差函数定义为:E()=()[Ⅳ()一Ⅳ()](1)式中(∞)为逼近误差加权函数.当N为偶数时,Ⅳ()一当N为奇数时,图1MTD多普勒滤波器的结构"/Z)cOs[(一号(3)式中N为滤波器阶数.FIR滤波器的等纹逼近优化准则可描述为求一组系数a(,z)或b(n),使其在逼近的各个频带上E()的最大绝对值达到最小.『IE()『I=z[MaxfE()『](4)a(n)orb(月)∈^式中A是逼近的频带,这里主要指阻带.最佳逼近的充要条件是E()在逼近区域中满足交替定理.最优线性相位FIR滤波器的设计即求解优化问题(4)式,用雷米兹(Remez)算法(算法步骤见参考文献[4])来求解这里的等波纹最佳一致逼近问题,求出a(n)或b(n)便可得到滤波器的单位取样响应.(,),即获得基于切比雪夫分布的FIR滤波器加权系数.通过给滤波器系数加一个线性相位项,可将峰值滤波器的频率响应定位于任意位置.实现覆盖多普勒频率范围所需的滤波器总数,在设计时要权衡滤波器交叠期间的跨接损耗和实现中复杂程度之间的得失.而对于FIR滤波器组中的每个滤波器来说,其(幅度)频率响应都要在零频附近有较深的零陷,主要用于抑制地杂波,设计中对低副瓣要求和主瓣展宽之间要折中考虑.该雷达工作在仰角I~t,-j-,近区的地形可能会造成较强的地杂波,所以在零多普勒频率即地杂波所在处对副瓣有更高的要求.3检测处理方法3.1杂波背景下的CFAR检测为抑制运动杂波,对同一距离单元的各滤波器输出取幅度,并采用单独的自适应门限作处理,即杂波背1O2/)/SoC)/^口∑一第1期汪莉君等一种MTD的优化设计及实际应用景下的恒虚警处理.图2所示为滤波器的多路输出各自通过CFAR检测的框图.杂波包络的分布接近瑞利分布,工程中广泛采用单元平均技术,即CA—CFAR(cellaveraging).这里我们采用最大选择GO(greatestof)一CA—CFAR.图3所示为GO—CA—CFAR检测器,主要是为对抗杂波边缘而设计,因为GO在杂波边缘环境中能保持较好的控制虚警性能.它取两个局部估计的较大者作为总的杂波功率水平估计,即0.滤波器输出l滤波器输出N—l滤波器输出Z—MAX(X,y)(5)输入其中x一÷∑,y:÷∑..』…1』i=1在被检测单元两则各选I(一般选8或16)个单元,分别求这I个单元的均值,两者选大后输出,乘以门限因子c作为门限阈值.c由若干位开关和若干位数据组成,开关可使阈值有多种选择,数据可使不同工作方式下的阈值可能不同,以保证不同工作方式下的检测性能最优.被检测单元两侧各空出一个单元是为了避免目标本身对阈值的影响.3,2超杂波检测由于目标信号检测是在运动杂波或地杂波剩余的背景下检测的,零多普勒滤波器即0#滤波器不能滤去地杂波,地杂波背景的分布与雷达周围的地形有关, 但目标也可能存在于0#滤波器中,通过对几次扫描的杂波幅度取平均,建立杂波图,作为零多普勒频率通道的门限,可以检测出超过杂波的强目标回波嘲图4所示为超杂波检测框图.递归滤波器输出作为杂波图中的平均估值,乘以门限因子C形成门限阈CFAR~IL——+IcFAR检澳9l—————..选大CFAR,~YL——'图2MTD多路CFAR检测检测输出图3GO—CA—CFAR检测器图4超杂波检测输出输出值.主监控提供的超杂波检测命令和检测区域决定了C的选取.递归滤波器中Z一指的是天线扫描周期的延迟,在0到1之问选取,决定了取平均的周期数.3.3噪声CFAR检测经过杂波背景下的恒虚警处理之后,在接收机的输白色高斯噪声背景下,检测目标可以采用噪声电平恒虚警电路.因为白色高斯噪声经过幅度检波后变为振幅瑞利分布,所以只需求得其噪声均值,再乘以一个大于1的门限因子作为门限阈值,就可以将虚警概率控制在允许值之下.图5噪声恒虚警电路输出图5中C3为噪声CFAR的门限因子,也由若干位开关和若干数据组成,数据由工作方式中的脉冲数决定,因为脉冲数不同,终端中M/N检测得到的虚警概率也可能不同,所以C.必须分别设置,以保证不NT作方式下虚警概率相同.单元平均电路在每次发射的休止期内取64个噪声数据取平均值,递归滤波是在发射与发射之问进行的,其结构类似于杂波图的建立,只是延迟时间不再是天线扫描周期,而是脉冲发射周期.4测试及性能分析由于该型号雷达工作在多种工作方式下,需要通过选择信号来选中不同工作方式所对应的MTD系统112005年3月火控雷达技术第34卷处理模块,其中包括多普勒滤波器组和各通道检测等.下面就某一种工作方式进行MTD的设计及其检测的仿真.雷达工作波长一0.1m,在该工作方式情况下,脉冲数为9,脉冲重复周期为T,一3300~s,考虑到天线扫描引起的杂波谱展宽,地杂波谱宽约,一10Hz.图6描绘出多普勒滤波器组中1#,6#,8#三个滤波器的频率特性,靠近零多普勒频率的1#滤波器在零频附近形成约一55dB的凹口,未绘出的8#滤波器与1#滤波器的频率特性完全对称.2#~7#滤波器在1#与8#滤波器之间的多普勒频率范围内平均分布,副瓣均可达一55dB以下,能抑制较强的地杂波.图7描绘出MTD滤波器组对地杂波的滤波响应图,对目标能够达到约8dB的增益. ∞3蜃督骚燃罂~\,.1|.i||7IIL图6多普勒滤波器组中三个滤波器的频率响应图7滤波器组对地杂波的频率响应图8所示是雷达参数模拟的数字信号源中一组地杂波背景下含有运动目标的9个回波脉冲经过MTD的8个通道后,由恒虚警检测得到的目标信息;在第128个和第512个距离单元上各有一个运动目标,且均处于1#与2#滤波器之间,并有7.8dB的增益.距离单元图8地杂波背景下检测得到的目标信息图9箔条杂波背景Ttk~,1得到的目标信息图9所示是数字信号源中一组箔条杂波背景下含有运动目标的回波脉冲经过处理得到的目标信息;在第23个距离单元上有一个运动目标,处于8#滤波器,并获得6.2dB的增益.测试结果表明,该MTD系统对地杂波的抑制可达到55dB,对动杂波的抑制可达45dB,滤波器组各个滤波器的改善因子均可达到60dB以上.5结束语本文将基于切比雪夫加权的滤波器应用于某雷达MTD系统,并详细阐述了相关的检测处理方法,包括CFAR检测及超杂波检测.测试结果表明,这种MTD设计及处理方法是切实可行的,能够达到较好的动目标检测效果.(下转第25页)12第1期帅明等机栽PD雷达通用杂波的建模与仿真.;-I口lj图9AMTI处理后的结果图10MTD后的结果图5,6,9,1O给出了该系统的测试结果图.图7给出了本文所产生的主瓣杂波及高度线杂波在频域上的频谱,图8给出了采用的MTI+AMTI的频率响应结果.可以看到图5中在三种杂波作用下,信号被完全淹没,杂信比很大.图6给出了经过匹配滤波,MTI后的结果,滤除了高度线杂波,但杂波仍然很强.图9给出了信号经过AMTI处理,大大降低了主瓣杂波,只剩下了与信号处于一个当量级的副瓣杂波.图1O对AMTI后的结果进行了MTD,从图中可看到,此时信号很明显的被检测到.4结论本文利用目前较通用的几种杂波统计模型形成地形特征数据库,从而利用一定的构造方法,建立了机载条件下的通用杂波模型,能大致满足多种情形下的机载PD雷达仿真要求,且该杂波模型可以根据信号的不同形式建立相应的杂波信号,信号可以设置为线性调频信号,常规脉冲信号,非线性调频信号,相位编码信号等.建立了该通用杂波为以后在SIMUIINK下的雷达系统仿真进行快速建模及方案认证提供了基础,同时该方法也可推广于其它仿真平台.参考文献:[1]丁鹭飞,耿富录.雷达原理(修gT/&)[M].西安:西安电子科技大学出版社,1984.[2]丁鹭飞,张平.雷达系~[M-I.西安:西北电讯工程学院出版社,1984.[3]M.W.朗陆地和海洋的雷达反射特性[M].国防工业出版社1983.[4]R.I.米切尔.雷达系统模拟[M].科学出版社,1982.[5]Statisticalanalysesofmeasuredradargroundclutterdata[J].J.B.BillingsleyA.FarinaIEE ETransactiononAerospaceAndElectronicSystems,1999,35(2).[6]EfficientClosed—formcomputationofairbornepulseDopplerradarclutterJaoJ.K,GogginsW.B[A].NorthernVirginiaSectionandIEEEAESS,IEEEInternationalRadarConference[C]. NewY ork:TheInstituteofElectricalandElectronicsEngineers,Inc,1985,17—22.[7]ModellingOfRadarClutter[M].G.C.Sarno.[8]曹晨等.关于雷达杂波性质研究的若干个问题[J].现代雷达,2001,23(5):1—5. [91胡娅.雷达杂波库的建摸与仿真[c].学位论文,1997.(上接第12页)参考文献:[1]一种新的短脉冲序l雷达信号处理系统口].现代雷达,1998,12,第6期.[2]丁鹭飞,耿富录.雷达原理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1995,6.[3]赵树杰,史林.数字信号处理[M].西安:西安电子科技大学出版社,1997,10.[4]康晓东主编.数值算法与非数值算法[M].电子工业出版社,2003,1.[5]丁鹭飞,张平.雷达系统[M].西安:西北电讯工程学院出版社,1984.25。
基于时延控制的伪码多普勒补偿算法高述涛【摘要】Code Doppler should be compensated under high dynamic or weak signal conditions during Global Navigation SatelliteSystems(GNSS)signal acquisition, which will lead to unacceptable acquisition gain loss. Code Doppler is com-pensated by delay control, including integer delay and fractional delay. Its implementation within GNSS signal acquisition based on integer delay lines and the variable fractional delay filter is proposed. The simulation results show that the new method has a perfect performance of compensating code Doppler, and detection loss can be reduced to less than 0.3 dB with a 4th-order fractional delay filter realized by FARROW structure.%针对高动态或者弱信号条件下,伪码多普勒对卫星导航系统信号捕获的影响将会凸显,导致捕获性能明显降低的问题,提出了一种基于时延控制的码多普勒补偿方法,利用数字延迟滤波器来补偿码多普勒引入的本地码和接收信号的相位不匹配。
同时,给出了包括码多普勒补偿在内的新的卫星导航系统信号捕获结构。
ISAR高分辨率成像方法综述金胜;朱天林【摘要】逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)可以实现对目标全天时、全天候、远距离和高分辨率的观测,在军事和民用领域中具有广泛的应用价值。
首先,系统地总结了近年来在 ISAR二维成像方面的研究进展。
其次,从包络对齐与自聚焦两方面对平动补偿的研究现状进行了分析。
再次,在分析传统 ISAR成像方法的基础上,对4种超分辨成像方法进行归纳总结。
然后,对大转角成像算法进行对比分析,给出不同算法的适用范围。
同时,对多目标成像和微动目标成像的研究进展进行了综述和分析。
最后,对未来 ISAR成像的热点问题和发展趋势进行了展望。
%Because of its all﹣day,all weather,long range and high﹣resolution operation capabilities,in﹣verse synthetic aperture radar(ISAR)has found wide applications in military and civil areas.This paper sum﹣marizes the advances in 2﹣D ISAR imaging in recent years.Then,it analyzes the translational motion com﹣pensation methods from envelope alignment and auto﹣focusing respectively.After that,four super﹣resolution imaging methods based on the analysis of traditional imaging techniques are reviewed.Additionally,the wide﹣angle imaging methods and derives their application scope arecompared.Furthermore,the advances in ISAR imaging of multiple/micro﹣motion targets are given.Finally,the potential hotspots problems and fu﹣ture works are discussed.【期刊名称】《雷达科学与技术》【年(卷),期】2016(014)003【总页数】11页(P251-260,266)【关键词】逆合成孔径雷达成像;平动补偿;二维成像;三维成像;图像定标【作者】金胜;朱天林【作者单位】北京跟踪与通讯技术研究所,北京 100094; 空间目标测量重点实验室,北京 100094;北京跟踪与通讯技术研究所,北京 100094【正文语种】中文【中图分类】TN9570 引言逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)[1-3]具有全天时、全天候和高分辨率等特点,目前已在军事和民用领域获得了广泛应用。
第30卷 第6期航 空 学 报Vol 130No 16 2009年 6月ACTA A ERONAU TICA ET ASTRONAU TICA SIN ICA J une 2009收稿日期:2008204221;修订日期:2008210215基金项目:国家自然科学基金(60702070)通讯作者:彭卫E 2mail :pw7@ 文章编号:100026893(2009)0621096207基于常规多普勒滤波器组结构的合成宽带距离像性能分析彭卫1,汪学刚1,赵建宏1,吴宏刚2(1.电子科技大学电子工程学院,四川成都 610054)(2.中国民航局第二研究所,四川成都 610041)Analysis of Synthetic Wideband R ange Prof ile B ased on Conventional Doppler Filter B anksPeng Wei 1,Wang Xuegang 1,Zhao Jianhong 1,Wu Honggang 2(1.School of Electronic Engineering ,University of Electronic Science and Technology of China ,Chengdu 610054,China )(2.The Second Reseach Institude of Civil Aviation Administration of China ,Chengdu 610041,China )摘 要:为了消除散布效应对宽带信号的不利影响,可以利用多个窄带信号合成宽带信号;同时,通过在子带内处理相干脉冲串,可进行杂波抑制、目标速度估计和区分不同速度的目标。
然而,在子带内分别使用常规多普勒滤波器组,会引进多普勒散布效应所造成的输出失配误差,从而造成合成距离像的失真。
分析了多普勒散布效应与子带常规多普勒滤波器组输出失配之间的关系,推导了运动目标通过滤波器组后所成高分辨距离像的距离走动公式,给出了适合子带常规多普勒滤波器组的目标速度临界值。
仿真实验验证了以上结论。
关键词:雷达成像;合成宽带波形;目标多普勒散布效应;子带;滤波器组中图分类号:TN95916 文献标识码:AAbstract :In order to prevent the deleterious effects of dispersion for wideband signals ,a wideband signal can be synthesized by combining coherently several individual narrow band components ;meanwhile ,clutter mitiga 2tion as well as estimation and discrimination of target velocity is enabled by processing the coherent pulse trains in each subband.However ,the separate and independent processing using conventional Doppler filter banks in a subband can introduce deleterious effects of target Doppler dispersion among subbands and cause distortion on synthesized one 2dimensional range profile.This article first analyzed the mismatch outputs of Doppler filter banks caused by target Doppler dispersion among subbands ,and then derived an equation to calculate the shift of high resolution range profile for moving targets and obtained a critical velocity suitable for conventional Doppler filter banks.The conclusion is verified by simulation results.K ey w ords :radar imaging ;synthetic wideband waveform ;target Doppler dispersion effects ;subband ;filter banks 高分辨距离像提供目标的距离向几何特征信息,这使得目标的识别及分类成为可能[122]。
合成宽带技术是当前获得高分辨距离像的最有效方法之一[324],其基本原理是发射和接收一系列不同中心频率的窄带脉冲信号,通过对回波脉冲进行运动补偿及相干合成,得到目标的高分辨距离像[5],例如,步进频率信号就是其中最典型的一种信号形式[6]。
由于脉冲之间的中心频率不一致,难于利用相干脉冲雷达的动目标显示(M TI )及动目标检测(M TD )技术,这使得处于严重杂波环境下,如何分辨不同速度目标并对其进行成像处理,成为合成宽带技术所遇到的最大挑战之一[728]。
文献[9]提出步进频率信号使用两个同频脉冲一次对消地面杂波方法。
文献[10]中提出了一种子带脉冲组串方法,即通过在每一个脉冲中心频率上,发射一组相干脉冲,通过脉组内传统多普勒滤波器组处理,得到目标速度估计,再通过脉组间的相干处理,获得距离高分辨的效果。
由于空时自适应处理(STA P )的优异性能[11],文献[12]和文献[13]提出,在脉组内用STA P 技术,去除地面强杂波,满足机载雷达地面动目标显示(GM TI )的要求;文献[14]讨论了合成宽带STA P 与地面 第6期彭卫等:基于常规多普勒滤波器组结构的合成宽带距离像性能分析 动目标识别的关系。
上述方法都可归结为合成宽带滤波器组方法,理论分析及实验结果表明,合成宽带滤波器组方法是有效的,在工程上也易于实现。
窄带信号侧重于目标检测,而宽带信号更注重目标的成像。
由于多普勒散布效应[15]的影响,当利用多个窄带信号的相干脉冲串来合成宽带信号时,适合于合成宽带雷达系统的多普勒滤波器组特性肯定与窄带雷达的有所区别,基于宽带雷达系统总体要求,对多普勒滤波器组的性能与合成距离像之间的关系进行研究,是十分有必要的。
本文首先阐述了合成宽带滤波器组成像原理及多普勒散布效应,然后,从理论上分析了多普勒散布效应与窄带常规多普勒滤波器组输出之间的关系及其对其后续合成距离像的影响,得到了一些适用于合成宽带雷达系统的多普勒滤波器组参数和公式,最后,进行了仿真实验。
1 问题的提出图1(a)是合成宽带滤波器组成像原理框图:目标在各个子带内的相干脉冲串回波通过M TI 去除地面杂波,然后,通过多普勒滤波器组分离出不同速度的目标,最后,对各个子带多普勒滤波器组的输出进行合成宽带处理(可使用逆离散傅里叶变换(IDFT)),得到去除了杂波且不同速度目标的距离像(本文主要分析常规滤波器组对合成宽带距离像的影响,因而忽略图1中M TI的影响)。
图1 合成宽带常规滤波器组成像原理框图及子带2多普勒输出矩阵Fig11 Block diagram of synthetic wideband range profile using conventional filter banks andsubband2Doppler output matrix图1(b)为一个距离门内,相干脉冲数为M 的目标回波通过N个子带的多普勒滤波器组后所形成的子带2多普勒输出矩阵(行:滤波器组输出;列:子带序号,滤波器组由快速傅里叶变换(FF T)形式实现),通过对子带2多普勒输出矩阵的所有列矢量做IDF T后再做全局峰值检测,可得到最佳距离像。
由图1可知,合成宽带滤波器组系统的基本构件之一是各个子带内的多普勒滤波器组。
由窄带多普勒频率定义:f d=2v t/λ(v t为目标径向速度,λ为发射脉冲中心频率所对应的波长),在使用合成宽带信号时,每一个子带中心频率的不一致,必然导致同样速度的目标在不同子带内多普勒频率的差别,称为目标多普勒散布效应(Target Doppler Dispersion Effect s),显然,多普勒散布效应会对合成距离像产生不利影响。
2 多普勒散布效应对距离像的影响211 滤波器输出信号模型本文研究的是基于多普勒门的常规多普勒滤波器组,各个子带具有相同的滤波器组结构,并可利用FF T形式来实现简捷和高效性。
为简化分析,子带目标回波被认为是由这个子带中心频率上目标频域响应的采样值与时域快拍矢量组成。
设合成宽带雷达系统的子带数为N,第n个子带的中心频率f n=f0+nΔf(n=0,1,…,N-1),f0为第1个子带中心频率,各个子带中心频率间隔均匀,大小为Δf,子带的带宽ΔB=Δf,系统总带宽B=NΔf,脉冲重复频率f r,c为电磁波传播速度,脉冲重复间隔T r=1/f r,一个相干积累间隔(CPI)内的相干脉冲数为M。
速度为v t的目标在第n个子带内的多普勒频率为:f n d=2v t/λn=2v t f0/c+2v t nΔf/c。
设目标在观测时间为匀速运动,则一个CPI内,目标的时域快拍矢量可表示为V n t=a n t[1 exp(j2πf n d T r) exp(j2πf n d・2T r) … exp(j2πf n d(M-1)T r)]T其中:a n t为第n个子带中心频率f n上对目标频域响应的采样值。
第n个子带的第l个多普勒滤波器权矢量为W n(l)=[1 exp(j2πlf r T r/M)exp(j2πlf r・2T r/M) … exp(j2πlf r(M-1)T r/M)]T=[1 exp(j2πl/M) exp(j2πl・2/M) … exp(j2πl(M-1)/M)]T(1)对于式(1)的多普勒滤波器来说,l在[-M/2, M/2-1]和[0,M-1]是等价的。
目标时域快拍矢量通过常规多普勒滤波器组,相当于对其7901 航 空 学 报第30卷做FF T 。
第l 个多普勒滤波器的输出为y n (l )=(W n (l ))HV n t =∑M -1m =0an texp (j2π・(f n d T r -l/M )m )=a n t φn l (f n d )(2)式中:φn l (f n d )=exp (jπ(f n d T r -l/M )(M -1))・sin (π(f n d T r -l/M )M )sin (π(f n d T r -l/M ))(3)因为f n d =2v t f 0/c +2v t nΔf /c =f 0d +n Δf d ,这里的Δf d =2v t Δf /c 是子带间中心频率的不同而引起的附加多普勒频率项,称之为多普勒散布项。