高级搜索

留言板

尊敬的读者、作者、审稿人, 关于本刊的投稿、审稿、编辑和出版的任何问题, 您可以本页添加留言。我们将尽快给您答复。谢谢您的支持!

姓名
邮箱
手机号码
标题
留言内容
验证码

基于回波序列最小二乘拟合的高分辨率SAR运动目标速度估计

王超 王岩飞 王琦 詹学丽

王超, 王岩飞, 王琦, 詹学丽. 基于回波序列最小二乘拟合的高分辨率SAR运动目标速度估计[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(5): 1055-1062. doi: 10.11999/JEIT180695
引用本文: 王超, 王岩飞, 王琦, 詹学丽. 基于回波序列最小二乘拟合的高分辨率SAR运动目标速度估计[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(5): 1055-1062. doi: 10.11999/JEIT180695
Chao WANG, Yanfei WANG, Qi WANG, Xueli ZHAN. Velocity Estimation of Moving Targets Based on Least Square Fitting of High-resolution SAR Echo Sequences[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(5): 1055-1062. doi: 10.11999/JEIT180695
Citation: Chao WANG, Yanfei WANG, Qi WANG, Xueli ZHAN. Velocity Estimation of Moving Targets Based on Least Square Fitting of High-resolution SAR Echo Sequences[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2019, 41(5): 1055-1062. doi: 10.11999/JEIT180695

基于回波序列最小二乘拟合的高分辨率SAR运动目标速度估计

doi: 10.11999/JEIT180695
基金项目: 国家重点研发计划(2017YFB0503001),国家自然科学基金(61471340)
详细信息
    作者简介:

    王超:男,1983年生,博士生,研究方向为SAR信号处理等

    王岩飞:男,1963年生,研究员,博士生导师,研究方向为微波成像雷达系统及其理论、数字信号处理等

    王琦:男,1976年生,副研究员,研究方向为SAR信号处理等

    詹学丽:男,1976年生,副研究员,研究方向为SAR信号处理等

    通讯作者:

    王超 wangchao_thu@163.com

  • 中图分类号: TN957.51

Velocity Estimation of Moving Targets Based on Least Square Fitting of High-resolution SAR Echo Sequences

Funds: The National Key Research and Development Program of China (2017YFB0503001), The National Natural Science Foundation of China (61471340)
  • 摘要:

    运动目标速度估计是机载单天线高分辨率合成孔径雷达(SAR)实现运动目标成像和定位的关键环节。针对现有方法运算量大、易受距离徙动干扰等缺点,该文提出一种基于回波序列最小二乘拟合的速度估计方法。利用该方法,首先通过包络相关提取相邻回波序列的距离变化量,然后对其做最小二乘线性拟合,目标的距离向速度和方位向速度可由拟合系数计算得到。与传统方法相比,该方法不仅计算量小,而且无须先做距离徙动校正(RCMC)。该文给出了新方法的数学模型和参数选取原则,分析了该方法的估计精度、计算量和适用条件,并通过仿真和实际数据处理验证了该方法的有效性。

  • 图  1  运动目标和载机的几何关系

    图  2  回波序列示意图

    图  3  本文算法流程图

    图  4  最小二乘拟合结果

    图  5  运动目标与静止场景的合成SAR图像

    表  1  雷达仿真参数

    参数名称参数值
    距离向点数2048
    方位向点数32768
    中心频率(GHz)15.6
    距离向采样率(GHz)1
    信号带宽(MHz)700
    信号脉宽(μs)2
    飞机地速(m/s)80
    脉冲重复频率(Hz)1440
    中心斜距(km)15
    目标1距离向速度(m/s)3
    目标1方位向速度(m/s)–20
    目标2距离向速度(m/s)–10
    目标2方位向速度(m/s)–10
    下载: 导出CSV

    表  2  匀速运动目标距离向速度估计结果

    目标编号Hough变换速度估计结果 (m/s)Hough变换估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标13.3411.503.062.25
    目标2–10.171.75–9.920.80
    下载: 导出CSV

    表  3  匀速运动目标方位向速度估计结果

    目标编号MD速度估计结果(m/s)MD估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标1–20.502.54–20.713.58
    目标2–9.980.16–10.060.60
    下载: 导出CSV

    表  4  算法运算时间(s)

    目标编号Hough变换执行时间MD执行时间本文算法执行时间
    目标12.9632.260.50
    目标23.4424.780.34
    下载: 导出CSV

    表  5  加速运动目标距离向速度估计结果

    目标编号Hough变换速度估计结果 (m/s)Hough变换估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标3–13.5035.00–9.930.70
    下载: 导出CSV

    表  7  加速运动目标方位调频率估计结果

    目标编号MD速度估计结果(Hz/s)MD估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(Hz/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标3444.67313.3108.080.46
    下载: 导出CSV

    表  6  加速运动目标方位向速度估计结果

    目标编号MD 速度估计结果(m/s)MD估计相对误差(%)本文算法速度估计结果(m/s)本文算法估计相对误差(%)
    目标3–173.241632.40–45.49354.90
    下载: 导出CSV

    表  8  清除地杂波频谱后的速度估计结果

    波束角(°)距离向速度估计结果(m/s)距离向速度估计相对误差(%)方位向速度估计结果(m/s)方位向速度估计相对误差(%)
    12.932.33–21.839.15
    33.279.00–23.9019.50
    54.0133.67–24.9324.65
    下载: 导出CSV

    表  9  不同信噪比下的速度估计结果

    信噪比(dB)距离向速度估计结果(m/s)距离向速度估计相对误差(%)方位向速度估计结果(m/s)方位向速度估计相对误差(%)
    0–9.920.80–10.060.60
    –20–9.930.70–9.683.20
    –30–9.742.60–14.3043.00
    下载: 导出CSV

    表  10  实测数据参数

    参数名称参数值
    距离向点数733
    方位向点数32768
    中心频率(GHz)15.6
    距离向采样率(GHz)1
    信号带宽(MHz)700
    信号脉宽(μs)60
    飞机地速(m/s)78
    脉冲重复频率(Hz)1400
    中心斜距(km)33
    下载: 导出CSV
  • RANEY R K. Synthetic aperture imaging radar and moving targets[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1971, AES-7(3): 499–505. doi: 10.1109/TAES.1971.310292
    LI Yake, WANG Yanfei, and LIU Chang. Detect and autofocus the moving target by its range walk in time domain[C]. Proceedings of 2011 International Conference on Wireless Communications and Signal Processing, Nanjing, China, 2011: 1-5. doi: 10.1109/WCSP.2011.6096755.
    王智睿, 张旭东, 许稼. 基于Radon变换的SAR地面运动目标径向速度估计[J]. 清华大学学报: 自然科学版, 2015, 55(8): 860–865. doi: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.08.008

    WANG Zhirui, ZHANG Xudong, and XU Jia. Radial velocity estimation based on Radon transforms for SAR images of moving ground targets[J]. Journal of Tsinghua University:Science and Technology, 2015, 55(8): 860–865. doi: 10.16511/j.cnki.qhdxxb.2015.08.008
    SAMCZYNSKI P and KULPA K S. Coherent MapDrift technique[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2010, 48(3): 1505–1517. doi: 10.1109/TGRS.2009.2032241
    李亚超, 周峰, 邢孟道, 等. 一种直升机的舰船Dechirp实测数据SAR成像方法[J]. 电子与信息学报, 2007, 29(8): 1794–1798. doi: 10.3724/SP.J.1146.2005.01535

    LI Yachao, ZHOU Feng, XING Mengdao, et al. An effective method for ship dechirp data imaging in helicopter SAR system[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2007, 29(8): 1794–1798. doi: 10.3724/SP.J.1146.2005.01535
    HUANG Penghui, LIAO Guisheng, YANG Zhiwei, et al. A fast SAR imaging method for ground moving target using a second-order WVD transform[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2016, 54(4): 1940–1956. doi: 10.1109/TGRS.2015.2490582
    ZHOU F, WU R, XING M, et al. Approach for single channel SAR ground moving target imaging and motion parameter estimation[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2007, 1(1): 59–66. doi: 10.1049/iet-rsn:20060040
    YANG Jiefang, ZHANG Yunhua, and KANG Xueyan. A Doppler ambiguity tolerated algorithm for airborne SAR ground moving target imaging and motion parameters estimation[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2015, 12(12): 2398–2402. doi: 10.1109/LGRS.2015.2478799
    KIRSCHT M. Detection and velocity estimation of moving objects in a sequence of single-look SAR images[C]. Proceedings of 1996 International Geoscience and Remote Sensing Symposium, Lincoln, USA, 1996: 333–335.
    盛蔚, 毛士艺. 一种合成孔径雷达对地面运动目标成像和精确定位的算法[J]. 电子与信息学报, 2004, 26(4): 598–606.

    SHENG Wei and MAO Shiyi. An effective method for ground moving target imaging and location in SAR system[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2004, 26(4): 598–606.
    WANG Zhirui, XIA Xianggen, XU Jia, et al. Ground moving target imaging based on 2-D velocity search in high resolution SAR[C]. Proceedings of 2017 IEEE Radar Conference, Seattle, USA, 2017: 68–72.
    GU Dandan, LIANG Zichang, WU Yajun, et al. Efficient motion compensation of moving targets in SAR imaging[C]. Proceedings of 2017 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium, Suzhou, China, 2017: 1–2.
    SHI Hongyin, YANG Xiaoyan, ZHOU Qiuxiao, et al. SAR slow moving target imaging based on over-sampling smooth algorithm[J]. Chinese Journal of Electronics, 2017, 26(4): 876–882. doi: 10.1049/cje.2017.06.005
    SU Jia, TAO Haihong, WANG Ling, et al. Coherently integrated cubic function based Doppler parameters estimation for moving-target imaging[C]. Proceedings of 2017 International Applied Computational Electromagnetics Society Symposium, Suzhou, China, 2017: 1–2.
    LI Dong, ZHAN Muyang, SU Jia, et al. Performances analysis of coherently integrated CPF for LFM signal under low SNR and its application to ground moving target imaging[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2017, 55(11): 6402–6419. doi: 10.1109/TGRS.2017.2727508
    WANG Hanyun and JIANG Yicheng. Real-time parameter estimation for SAR moving target based on WVD slice and FrFT[J]. Electronics Letters, 2018, 54(1): 47–49. doi: 10.1049/el.2017.1740
    LI Zhongyu, WU Junjie, LIU Zhutian, et al. An optimal 2-D spectrum matching method for SAR ground moving target imaging[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2018, 56(10): 5961–5974. doi: 10.1109/TGRS.2018.2829166
    DELISLE G Y and WU Haiqing. Moving target imaging and trajectory computation using ISAR[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1994, 30(3): 887–899. doi: 10.1109/7.303757
    STRUTZ T. Data Fitting and Uncertainty: A Practical Introduction to Weighted Least Squares and Beyond[M]. Wiesbaden, Vieweg + Teubner, 2011: 89–91.
    王琦, 王岩飞. 利用短时FFT的距离-多普勒域SAR运动目标检测[J]. 电子与信息学报, 2006, 28(4): 628–631.

    WANG Qi and WANG Yanfei. Moving target detection with short time FFT for SAR[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2006, 28(4): 628–631.
  • 加载中
图(5) / 表(10)
计量
  • 文章访问数:  2463
  • HTML全文浏览量:  770
  • PDF下载量:  98
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2018-07-13
  • 修回日期:  2019-01-17
  • 网络出版日期:  2019-01-31
  • 刊出日期:  2019-05-01

目录

    /

    返回文章
    返回