机载三通道SAR/GMTI性能分析及改进方法

　　运动目标检测和成像是合成孔径雷达(SAR,SyntheticApertureRadar)要完成的基本功能和难点之一,如何实时、高精度地检测出运动目标、确定目标运动速度及其位置并对这些动目标成像是SAR运动目标检测和成像的主要任务.目前常用的GMTI(GroundMovingTarget Indication)方法是三通道杂波抑制干涉方法[1-3],该类方法是结合DPCA(Displaced Phase Center Antenna)技术和ATI(AlongTrack Interferometry)技术,在抑制地杂波后,通过干涉技术实现动目标的测速和定位.目前有关三通道SAR/GMTI的算法已有很多,而且理论分析和计算机仿真的结果都很好,但是实际的系统性能却不太令人满意[4],主要原因是理论分析和计算机仿真的条件过于理想化,没有考虑真实系统中影响算法性能的各种因素.文献[5]中分析了双通道系统的性能,但仅考虑背景杂波,忽略系统噪声的影响,而且没有考虑地杂波的内部运动.理想情况下,杂波被完全对消,仅剩下动目标信号和系统噪声.在非理想情况下(存在雷达平台速度误差、通道失衡和杂波内部运动),噪声与剩余的杂波的功率是可以比拟的,不能忽略.

    在SAR动目标检测系统设计中,衡量一种动目标检测算法的性能以及衡量其是否可行的重要指标是最小可检测速度、盲速和模糊速度.通常最小可检测速度越小越好,不至于低速运动目标的漏检;在感兴趣的目标所在的速度区域内,盲速区越少越好,最好没有盲速;模糊速度越大越好,最好是在感兴趣的速度区域内不存在速度模糊.通过对三通道SAR/GMTI技术的性能分析可知,该系统存在最小可检测速度、盲速和模糊速度指标之间的矛盾,即提高某一指标的性能将会导致其它指标性能的恶化,不能同时使这些指标达到系统设计要求.为此提出一种新的天线布置方案,在不改变天线孔径数目的前提下,采用不等间隔相位中心技术,并且使用边缘的子孔径作为发射天线, 3个通道同时接收,较好地解决了上述矛盾,使3个指标的性能可以同时得到提高.

　　1　系统性能分析

　　1.1　回波信号模型

　　三通道SAR动目标检测系统的空间几何模型如图1所示.

　　载机平台在水平面内沿x轴方向直线飞行,飞行速度为va,飞行高度h;阵列天线由沿载机飞行方向以等间隔d线性排列的3个接收孔径组成,中间孔径以重复频率Prf发射电磁波,雷达波长为λ;设在t=0时刻,中间天线的坐标为(0, 0,h),动目标P的坐标为(x0,y0,0),速度为(vx,vy,0),中间孔径到场景中心的距离为R0.则t时刻,天线的相位中心坐标为(vat,0,h),动目标P的坐标为(x0+vxt,y0+vyt,0).

　　1.2　信杂噪比计算

　　定义信杂噪比(Rscnr)为信号功率与杂波加噪声功率之和之比,即Rscnr=S/(C+N),其中S,C和N分别为动目标信号、地杂波和噪声的功率.实际系统存在如下几种因素将会影响杂波抑制效果和动目标的检测性能:①接收机通道失配,主要包括通道之间的绝对增益误差和相位失配引入的误差;②系统噪声,系统噪声可以模拟为叠加在背景杂波上面的白噪声;③杂波内部运动;④雷达平台的非匀速平稳飞行,这将导致回波数据在空间上为非均匀采样而无法满足DPCA条件,从而降低系统的杂波对消性能.