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一种基于局域中心频率的SAR图像舰船方位向速度估计方法

魏翔飞 王小青 种劲松

魏翔飞, 王小青, 种劲松. 一种基于局域中心频率的SAR图像舰船方位向速度估计方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2242-2249. doi: 10.11999/JEIT170991
引用本文: 魏翔飞, 王小青, 种劲松. 一种基于局域中心频率的SAR图像舰船方位向速度估计方法[J]. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2242-2249. doi: 10.11999/JEIT170991
Xiangfei WEI, Xiaoqing WANG, Jinsong CHONG. Ship Azimuthal Speed Estimation Method Based on Local Region Doppler Centroid in SAR Images[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2242-2249. doi: 10.11999/JEIT170991
Citation: Xiangfei WEI, Xiaoqing WANG, Jinsong CHONG. Ship Azimuthal Speed Estimation Method Based on Local Region Doppler Centroid in SAR Images[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2018, 40(9): 2242-2249. doi: 10.11999/JEIT170991

一种基于局域中心频率的SAR图像舰船方位向速度估计方法

doi: 10.11999/JEIT170991
详细信息
    作者简介:

    魏翔飞:男,1991年生,博士生,研究方向为SAR海洋成像

    王小青:男,1978年生,副研究员,研究方向为SAR海洋遥感应用与机理

    种劲松:女,1969年生,研究员,博士生导师,研究方向为海洋微波遥感

    通讯作者:

    种劲松  iecas_chong@163.com

  • 中图分类号: TN957.52

Ship Azimuthal Speed Estimation Method Based on Local Region Doppler Centroid in SAR Images

  • 摘要: 针对现有船速估计算法大多数只能估计出舰船距离向速度的问题,该文提出一种基于合成孔径雷达(SAR)图像局域中心频率的舰船方位向速度估计方法。首先分析了动目标在SAR图像局域多普勒中心频率的变化规律,并推导了利用中心频率变化率估计目标方位向速度的理论公式。然后给出了根据SAR图像局域方位向功率谱的概率密度函数,利用最大似然估计算法估计中心频率变化率的方法。同时,对所提方法的精度与适用性应用性进行分析。最后,通过仿真和实测数据,将该方法的估计结果与直接计算调频率获得的结果进行对比分析。结果表明,相对于调频率法,该方法具有更高的估计精度,验证了所提方法的有效性。
  • 图  1  动目标局部位置多普勒谱随方位窗口中心时刻变化的示意图

    图  2  舰船目标分块示意图

    图  3  本文算法估计精度随各种参数的变化及其与CRB的比较

    图  4  点目标多普勒谱分析

    图  5  舰船目标方位向速度与SAR运动方向相反时舰船速度估计结果

    图  6  舰船目标方位向速度与SAR运动方向相同时舰船速度估计结果

    图  7  本文方法与尾迹法获取的舰船速度的对比

    表  1  仿真参数

    参数 仿真1 仿真2 仿真3 仿真4 仿真5 仿真6
    ${\rm{PRF}}$ 500 500 500 500 500 500
    ${I_{\rm{s}}}$ 100 100 100 100 100 100
    $\Delta {f_{\rm{d}}}$ 10 10 10 10 10 1~20
    $N$ 13 13 13 13 5~50 13
    ${N'\!\!_{\rm{a}}}$ 128 128 128 50~500 128 128
    $L$ 10 10 5~100 10 10 10
    ${\rm{SCR}}$ 2 0~15 2 2 2 2
    ${\rm{SNR}}$ 0~15 6 6 6 6 6
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    表  2  点目标仿真参数

    雷达波长(m) 调频率(Hz/s) 距离带宽(MHz) 天线长度(m) PRF
    (Hz)
    平台速度(m/s) 平台高度(m) 近端斜距(m) 信噪比(dB) 信杂比(dB) 目标1方位向速度(m/s) 目标2方位向速度(m/s) 目标3方位向速度(m/s)
    0.2308 2.8e13 25 4 900 100 8100 10000 2 6 –10 –5 5
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    表  3  不同信杂比下本文方法与调频率法估计结果的对比

    SCR(dB) 均值(m/s) 方差(m2/s2)
    本文方法 调频率法 本文方法 调频率法
    20 –10.05 –11.01 0.0001 $ \times $10–2 0.005 $ \times $10–2
    10 –10.03 –11.43 0.12 $ \times $10–2 0.32 $ \times $10–2
    0 –9.92 –11.50 0.28 $ \times $10–2 0.12
    –10 –9.87 –12.27 1.28 $ \times $10–2 1.65
    –20 –9.82 –15.13 2.43 $ \times $10–2 7.16
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    表  4  本文方法及调频率法相对尾迹法的估计偏差

    最大偏差(m/s) 最大相对偏差(%) 相关系数
    本文方法 0.87 12 0.9986
    调频率法 2.30 20 0.86
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出版历程
  • 收稿日期:  2017-10-23
  • 修回日期:  2018-06-08
  • 网络出版日期:  2018-07-12
  • 刊出日期:  2018-09-01

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