大斜视DBS成像

30 第26卷 第 1期 2004年 1月 现 代 雷 达 Mod em Radar V01．26 No．1 January，2004 大斜视 DBS成像 宋雪岩 李真芳 保 铮 (西安电子科技大学雷达信号处理重点实验室 西安 710071) 【摘要】 DBS(多普勒波束锐化)是提高机载雷达横向分辨率的一种技术。本文了DBS的信号模型，提出了一 种补偿技术可以有效提高大斜视(例如 80。)时 DBS分辨率。仿真与实测数据处理结果了这种方法能有效提高大斜 视时 DBS分辨率。 【关键词】 多普勒波束锐化，越距离单元走动，分辨率 中图分类号：TN957．5 文献标识码：A Highly Squint DBS Imaging SONG Xue．．yan LI Zhen．．fang BAO Zheng (National Key Lab．of Radar Signal Processing，Xidian Univ． Xi an 710071) 【Abstract】 DBS(Doppler Beam Sharpening)is a technique to improve the cross range resolution of airborne radar．In this paper，the signal model of DBS is analyzed and a kind of compensating technique is suggested which can effectively improve the resolution of high squint DBS(for example 80。)．The results of simulation and the processing results of real data show that it can effectively improve the resolution of DBS． 【Key words】 DBS(Doppler Beam Sharpening)，across moving range bin，resolution 0 引 言 多普勒波束锐化(DBS)和综合孔径雷达(SAR)技 术类似，都是通过机载雷达波束照射区内的地物相对 于雷达的不同多普勒频率来实现横向分辨的，它等效 于非聚焦综合孔径技术⋯。经过 DBS处理后，主波束 被分成 ～个波束接收，从而提高机载雷达的横向分辨 率。DBS运算量小，而且可以波束扫描。对于战场侦 察雷达(大面积监视地面运动目标，GMTI)以及火控雷 达 J，DBS的应用仍然非常广泛。本文从研究 DBS的 信号模型出发，提出用补偿技术来提高大斜视(例如 80。)时 DBS分辨率的方法。仿真结果与实测数据处 理结果证明了这种方法能有效提高大斜视时 DBS的 分辨率。 l DBS工作原理 DBS工作原理如图 l所示。飞机以速度 前进， 机载雷达波束朝飞机侧向某个角度照射。在波束照射 区内，侧向角度不同，回波的多普勒谱也不同，即：不同 的方位角对应不同的多普勒频率，因此，我们可以通过 把多普勒频率分开将不同方位角分开。这里 ，我们用 FfTr将多普勒频率分开，即用FfTr对横向不同角度分 收稿 日期 ：2003-04—15 修订日期：2003-05—28 图 1 DBS工作原理 辨。由于实际雷达波束宽度不太大，因而为了在较短 时间内对较大范围(5。～60。)成像，它必须进行扫描。 若波束方位角为0，则多普勒频率为 = 式中： 为下视角；A为波长。 假设波束中心视线 LOS与载机飞行方向的夹角 为 ，波束宽度为△ ，由式(1)得信号的多普勒中心频 率为 ． ： — 2v — co sOo —cos~p (2) 厶 =—— (2) 维普资讯 http://www.cqvip.com 32 现 代 雷 达 26卷 则必须保证相干积累时间内的距离走动量不大于距离 分辨单元 (B为带宽)。即下式成立 YCOS( ) ≤ (17) ≤ c丽 ( 8) 由a条件和 b条件限制的相干积累时间及满足锐 化比(例如 N=32)要求需要的相干积累时间随方位 角度的变化图3所示。由图3可以看出，在我们所要 求的波束扫描方位角范围(5。～60。)内，由a条件限制 的相干积累时间大于需要的相干积累时间，即在相干 积累时间内 a条件满足。而对于条件 b，当波束扫描 方位角 小于28。时，由 b条件限制的相干积累时间 小于需要的相干积累时间，出现越距离走动。 莒 H- 图3 不同波束方位扫描相干积累时间选择 3 越距离单元走动校正 由上面的分析，当波束方位角小于 28。时产生越 距离单元走动，这成为限制相干积累时间的一个最大 因素，因此当波束方位角小于28。时要满足锐化比N= 32的要求，必须进行越距离单元走动校正。 我们可以把走动校正跟距离压缩结合起来做 ，而 且基本上不增加计算量。其方法是在距离脉冲压缩的 频谱参考上乘一个与脉冲数有关的线性相位因 子，实现框图如图4所示 J。 图4中 为每一波位的相干积累脉冲数即回波 信号个数，R (，)为发射脉冲的参考函数 ，RMC (f， m)为距离走动补偿 函数即为所乘的线性相位因子。 去掉 RMC (-厂，m)后的框图是距离向脉冲压缩方法。 这里乘上 RMC (-厂，m)是用来校正距离走动的。 距离走动补偿函数为以下形式 图4 距离脉冲压缩及走动校正实现框图 RMC (／，m)=exp( t ) (19) 这里 t = = — — L zu， 其中：RWR为距离走动率 RWR= ／2；rr为脉冲重 复周期；c为光速。所以， 尺MCref(加)一p ) (21) 其中 为这一波位的多普勒中心频率 为脉冲重复 频率。 4 仿真分析与实测数据处理分析 1 恹 1 1 1 2 1 恹 1 1 1 2 图5 距离走动校正前的距离压缩结果 图6 距离走动校正后的距离压缩结果 维普资讯 http://www.cqvip.com 第 1期 宋雪岩，等：大斜视DBS成像 33 为了便于观察，取一个点目标情况分析。对 目标 回波数据进行距离向压缩，得到图5和图6。图 5是 没有经过距离走动校正的成像结果，图6是距离走动 校正后的成像结果。从图5可知：没有距离走动校正 时，相邻距离单元间发生走动，前一个距离单元的点跑 到后一个距离单元，产生越距离单元走动。从图6可 知：经过距离走动校正后，越距离单元走动消除了。仍 然取一个点目标，对回波数据进行两维脉压，得到图7 和图8。图7是没有经过距离走动校正的成像结果， 图8是距离走动校正后的成像结果。比较两者可知： 距离走动校正后的两维脉压压缩效果比距离走动校正 前更好了。 1譬 ：器 1譬 ：器 距离单元 图 7 距离走动校正前的两维压缩结果 20 距 离单兀 图 8 距离走动校正后的两维压缩结果 为了便于比较，取两个点目标，对回波数据两维压 缩，得到这两个点目标在方位向的成像结果，如图9所 示(虚线部分为没有经过距离走动校正的成像结果， 实线部分为距离走动校正后的成像结果)。为进一步 分析，取图9中信号波形的一部分加以放大，得到图 10。从图 10可知：距离走动校正前，相邻目标在方位 向上难以分开。而距离走动校正后，相邻 目标在方位 向上很容易分开。因而可以得到：距离走动校正能有 效提高大斜视时 DBS的分辨率。 方位单元 图9 两个点目标在方位向上的成像结果 方位单元 图10 两个点目标在方位向上的成像结果 图 1 1 距离走动校正前大斜视 DBS成像结果 图 12 距离走动校正后大斜视 DBS成像结果 (下转第48页) 维普资讯 http://www.cqvip.com 48 现 代 雷 达 26卷 图 11 基于 CM硬门限阈值准则 图 12 基于 MM软门限阈值准则 图 13 基于 MM硬门限阈值准则 重构得到的L序列 重构得到的 L序列 重构得到的L序列 调制的 PC信号 (SNR=3dB) 调制的Pc信号 (SNR=3dB) 调制的 Pc信号 (SNR=3dB) 2 Pan Quan，Zhang Lei．Two de-noising methods by wavelet trans一 3 不同小波基下巴克序列调制的 PC信号的 MSE比较 form E J]．IEEE Trans·on SP·1999，47：34|Dl～34o6 表4 不同小波基下 L序列调制的 PC信号的MSE比较 参 考 文 献 l D Donoho．De-noising by Soft—thresholding[J]．IEEE Trans．on IT．1995，41：613—627 3 张 磊，潘泉等．小波域滤波阈值参数 C的选取．电子学报 ， 2001，29(3)'：400—402 4 林茂庸，柯有安．雷达信号理论．北京 ：国防工业 出版社， 1984：152—178 5 S G Mallat．Multifrequency channel decompositions of images and wavelet models．IEEE Trans．On ASSP—l989．37：2091— 2ll0 6 赵松年，熊小芸．子波变换与子波分析．北京：电子工业出版 社 ，1996．45—200 袁俊泉 男，1976年生。在读博士生。从事现代信号处 理、信号检测及时频分析等方面的研究，在核心期刊及 国际会 议上发表多篇。 皇甫堪 男，1938年生。教授，博士生导师，主要从事现代 信号 处理技 术方面的研 究。 (上接第33页) 对大斜视(50。)数据进行处理，得到图 11和图 12。图 1 1是没有经过距离走动校正的大斜视 DBS成 像结果 ，图12是距离走动校正后的大斜视DBS成像 结 果。从图1 1中几乎看不出地貌特征，而从图12中 可较清楚地看到公路。因而可得到：距离走动校正能 有效提高大斜视时 DBS分辨率。 5 结 论 ’仿真结果与实测数据处理结果都表明越距离走动 校正的方法能有效提高大斜视时 DBS的分辨率，而且 能消除 DBS中的越距离单元走动并使压缩效果更好， 运算量又不大。因而，这是一种有效的方法。所以，我 们可以把它用于 DBS中，提高 DBS的分辨率。 参 考 文 献 1 林幼权．机载合成孔径成像与地面动目标检测技术研究 ： [博士学位论文]．西安电子科技大学，2000 2 王 彤，保 铮，李真芳．地面慢速 目标检测方法研究．西 安电子科技大学学报，2001，28(增刊) 3 邢孟道．基于实测数据的雷达成像方法研究：[博士学位论 文]．西安电子科技大学，2002 宋雪岩 女，1979年生。现就读于西安电子科技大学电子 工程研 究所 ，硕士研究 生。研究方 向为 ：地 面动 目标检测 。 李真芳 男，1977年生。现为西安电子科技大学电子工程 研究所博士研究生。研究方向为：空时二维 自适应处理。 保 铮 男，1927年生。中科院院士，主要研究领域为雷 达 系统与检测。 维普资讯 http://www.cqvip.com