一種多通道sar運(yùn)動目標(biāo)數(shù)據(jù)模擬方法

0實(shí)際飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)多通道耦合孔（sar）運(yùn)動目標(biāo)檢測以比較單一的方式有許多優(yōu)點(diǎn)，是研究的重點(diǎn)領(lǐng)域。要對多通道SAR運(yùn)動目標(biāo)檢測方法和系統(tǒng)設(shè)備進(jìn)行驗(yàn)證、評估和分析需要多通道SAR原始數(shù)據(jù)。要得到這些數(shù)據(jù)有兩種方法:一種是利用實(shí)際飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù),這種方法數(shù)據(jù)真實(shí),但是成本較高,動目標(biāo)參數(shù)不能靈活調(diào)整;另一種是根據(jù)數(shù)學(xué)模型通過計(jì)算機(jī)仿真產(chǎn)生模擬數(shù)據(jù),這種方法節(jié)約成本,動目標(biāo)參數(shù)可靈活調(diào)整,但是運(yùn)算量大,并且很難模擬出高真實(shí)性的雜波背景合成后的多通道SAR原始數(shù)據(jù)可用來開發(fā)、驗(yàn)證或者評估一些多通道SAR/GMTI技術(shù),例如偏置相位中心天線(DPCA)1雷達(dá)發(fā)射方向d假設(shè)雷達(dá)平臺以高度H和速度V沿直線飛行,天線沿飛行軌跡方向放置,一個天線用于收發(fā),其他天線只用來接收,相鄰天線之間的距離為d。定義y軸為雷達(dá)視線在水平面上的投影,x軸為方位向,與雷達(dá)平臺的飛行方向重合,如圖1所示。假設(shè)t=0時雷達(dá)發(fā)射機(jī)位于x=0處。第m個接收機(jī)的瞬時坐標(biāo)為假設(shè)t=0時刻(xt時刻第m個接收機(jī)與點(diǎn)目標(biāo)P之間的距離R假設(shè)雷達(dá)發(fā)射載頻為f則第m個通道的回波信號為經(jīng)混頻和距離壓縮后為式中:A根據(jù)駐定相位定理式中:T對雜波而言(a2波束指向、波束寬度、功率多通道SAR的系統(tǒng)參數(shù)(包括飛行速度、PRF、相位中心間距、飛行高度、波束指向、波束寬度、功率等)可根據(jù)需要選擇。該多通道SAR原始數(shù)據(jù)模擬方法主要由多通道SAR雜波背景數(shù)據(jù)的生成、多通道SAR動目標(biāo)數(shù)據(jù)的生成、數(shù)據(jù)合成、誤差引入等步驟完成,如圖2所示。(1)雜波背景數(shù)據(jù)根據(jù)所要求的多通道SAR參數(shù),采用重疊的窗函數(shù)對真實(shí)。單通道SAR數(shù)據(jù)加窗形成多個子孔徑,如圖3所示,子孔徑數(shù)據(jù)的多普勒頻域信號模型為令d=2vT,則該模型與式(11)多通道SAR雜波多普勒頻域信號模型一致,其中v和T分別為飛行速度和脈沖重復(fù)周期。所以單通道SAR數(shù)據(jù)經(jīng)加窗獲得的多個子孔徑SAR數(shù)據(jù)可以作為多通道SAR的雜波背景數(shù)據(jù)。由于采用了真實(shí)的單通道SAR數(shù)據(jù),多通道SAR雜波背景數(shù)據(jù)可真實(shí)的反映雜波的分布情況,具有高可靠度。在選擇系統(tǒng)參數(shù)時,飛行速度、PRF、相位中心間距作為一組參數(shù)綜合考慮,飛行高度、波束指向、波束寬度作為一組參數(shù)綜合考慮。單通道SAR系統(tǒng)參數(shù)與所需多通道SAR系統(tǒng)參數(shù)不一致時,加窗前進(jìn)行插值處理。(2)多通道sar動目標(biāo)數(shù)據(jù)模擬單通道SAR數(shù)據(jù)經(jīng)加窗獲得的多通道SAR數(shù)據(jù)只能作為雜波背景,其中不含運(yùn)動目標(biāo),多通道SAR運(yùn)動目標(biāo)數(shù)據(jù)根據(jù)前面所講的數(shù)學(xué)模型和所需的系統(tǒng)參數(shù),完全由計(jì)算機(jī)仿真得到。(3)雜波背景數(shù)據(jù)將由步驟1、2獲得的兩部分?jǐn)?shù)據(jù)疊加在一起就可以獲得含有動目標(biāo)和真實(shí)雜波背景的多通道SAR原始數(shù)據(jù)。動目標(biāo)的位置、速度可以根據(jù)需要進(jìn)行調(diào)整,多通道SAR系統(tǒng)的功率和動目標(biāo)的反射系數(shù)也可根據(jù)需要經(jīng)參數(shù)k(4)系統(tǒng)誤差評估經(jīng)過前面三步獲得的數(shù)據(jù)是完全滿足DPCA條件的、不含誤差的理想的數(shù)據(jù)。實(shí)際中誤差不可避免,多通道SAR/GMTI系統(tǒng)性能受誤差的影響很大。為了分析誤差的影響、開發(fā)魯棒性好的多通道SAR/GMTI方法并評估他們的性能,還應(yīng)根據(jù)誤差模型,在這些數(shù)據(jù)中注入誤差,誤差包括加性誤差和乘性誤差。MIT林肯實(shí)驗(yàn)室的R.W.Miller分析了相位中心偏移誤差、天線形變誤差、接收機(jī)通道失配、T/R組件幅度和相位誤差、模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換及雜波內(nèi)部運(yùn)動等誤差因素在多通道數(shù)據(jù)間的去相關(guān),給出了存在這些誤差因素時通道數(shù)據(jù)的相關(guān)性數(shù)學(xué)模型3sar雜波仿真為了驗(yàn)證該方法的正確性和有效可行,采用電子所某單天線SAR數(shù)據(jù)模擬了兩通道SAR原始數(shù)據(jù),并利用DPCA原理和通道誤差補(bǔ)償技術(shù)圖4為所選用單天線SAR數(shù)據(jù)成像結(jié)果。圖5為仿真的含有動目標(biāo)和真實(shí)雜波的兩通道SAR數(shù)據(jù)成像結(jié)果,除了加入動目標(biāo)外,同時還加入了8個固定點(diǎn)目標(biāo)。圖6為通道間沒有加入誤差時的DPCA結(jié)果,此時雜波完全對消,與理想DPCA的結(jié)果一致。圖7為通道間加入誤差后的DPCA結(jié)果,由圖可見,雜波剩余很大,尤其是一些類似點(diǎn)目標(biāo)的強(qiáng)反射目標(biāo)。圖8為采用Ender提出的方法進(jìn)行通道均衡后DPCA結(jié)果,由圖可見雜波抑制效果明顯改善。4基于dpca的動目標(biāo)檢測方法在模擬多通道sar數(shù)據(jù)的應(yīng)用本文通過分析多通道SAR目標(biāo)回波模型,將真實(shí)單通道SAR回波數(shù)據(jù)加窗后和模擬動目標(biāo)數(shù)據(jù)相結(jié)合形成多通道SAR原始數(shù)據(jù),利用DPCA原理和通道補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行了動目標(biāo)檢測試驗(yàn),驗(yàn)證了該方法的有效性。由于采用真實(shí)的單通道SAR數(shù)據(jù),模擬多通道SAR數(shù)據(jù)含有真實(shí)的雜波