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? ? ? ?在三大類雜波抑制技術(shù)(ATI、DPCA和STAP)中，STAP技術(shù)利用雜波與動目標在二維空時譜的差異，以信噪比最優(yōu)為準則，對地雜波抑制的同時有效保留動目標后向散射能量，有效提高運動目標的檢測概率和動目標信號輸出信雜比，提供理想的動目標檢測效果。在檢測出動目標之后，接下來的任務是對剩余雜波和噪聲中的動目標精確地估計參數(shù)。動目標精確參數(shù)估計一般是在方位信號中完成的，對圖像中感興趣的動目標的所在的距離門方位信號估計其Doppler參數(shù)或運動參數(shù)值。由于Doppler參數(shù)或運動參數(shù)之間存在固定或近似的轉(zhuǎn)換關(guān)系，因此Doppler參數(shù)和運動參數(shù)在動目標聚焦時的作用是等價的。在GMTI中需要準確知道運動參數(shù)，以便描述目標的運動趨勢，而在動目標成像時，更加注重動目標的Doppler參數(shù)。

? ? ? ?在對地面動目標進行運動參數(shù)估計時，一般會假設動目標航跡向(方位向)和切航跡向(距離向)的速度在回波積累過程中保持不變，采用各類參數(shù)估計方法，估計出Doppler參數(shù)，然后根據(jù)運動參數(shù)和Doppler參數(shù)之間的關(guān)系，得到GMTI所需的運動信息。

? ? ? ?SAR動目標速度精確估計一般是通過多基SAR系統(tǒng)實現(xiàn)的。多基線SAR系統(tǒng)不僅為雜波抑制提供了優(yōu)越的物理條件，而且系統(tǒng)中的各個雷達接收的動目標信號中Doppler參數(shù)是不同的(目標自身的運動信息對各雷達是不變的)，因此多基線更加有利于實現(xiàn)信號聯(lián)合處理，提高運動參數(shù)估計性能。

1、多基線SAR的動目標成像幾何構(gòu)型

? ? ? ?下圖 為星載多基線SAR的動目標成像幾何。在低軌星載條件下，衛(wèi)星的有效速度在7100m/s左右，（這里的有效速度指的是引起方位信號多普勒變化的速度，通常衛(wèi)星的速度比有效速度大6%，而地面波束速度比有效速度小6%），合成孔徑時間為0.6秒左右，因此在雷達照射動目標時間內(nèi)，衛(wèi)星走過的弧度與照射場景的弧度偏差基本忽略，星座的運行可近似為與地面場景平行。假設星載多基線SAR系統(tǒng)中有3個天線。x–y–z軸分別代表沿航向、地距向和垂直高度向，即大地坐標系左手系。星載多基線SAR系統(tǒng)沿x方向以速度Va飛行，系統(tǒng)高度為H，雷達發(fā)射LFM信號。動目標行駛在地面上，（Vx，Vy，Vz）為動目標速度矢量在x–y–z坐標系下的三個分量。運動目標在慢時間tm=0時位于（x0，y0，z0）的位置。

2、多基線SAR動目標回波信號模型

? ? ? ?星載多基線SAR系統(tǒng)可用于一發(fā)多收(主從模式)和多發(fā)多收(非主從模式)兩種體制，前者由一顆主衛(wèi)星和多個伴飛小衛(wèi)星構(gòu)成，主星自發(fā)自收微波信號，伴飛小衛(wèi)星只能接收主星發(fā)射的信號，在這種體制下，主星的性能要求比較穩(wěn)定，伴飛小衛(wèi)星制造成本較小，但是成像范圍較小；后一種模式下，各衛(wèi)星在收發(fā)信號方面比較獨立，功能一致。無論對那種信號接收體制都涉及到天線協(xié)同工作的“三大同步”問題，即時間同步(發(fā)射機和接收機工作時間保持同步)、相位同步(在成像的想干積累過程中保持各個天線之間的相干性)和空間同步(也叫波束同步，衛(wèi)星上的各個天線必須同時照射同一區(qū)域)?！叭笸健眴栴}涉及到系統(tǒng)天線設計，信號設計和天線指向調(diào)節(jié)等內(nèi)容，這里不做討論。由于自發(fā)自收體制中，各個衛(wèi)星配置更加靈活，能夠?qū)崿F(xiàn)單獨或協(xié)同工作模式的快速切換，有利于寬測繪成像，因此下面以自發(fā)自收體制為基礎(chǔ)研究星載多基線SAR動目標三維速度估計問題。

? ? ? ?根據(jù)上圖，動目標在星載多基線SAR第n個天線照射期間的距離歷程可表示為

? ? ? ?其中，（Bxn，Byn，Bzn）為第n個天線的三維空間基線。上式在星載多基線SAR系統(tǒng)最短斜距R0處關(guān)于tm的二階泰勒展開形式寫為

? ? ? ?由于雷達發(fā)射LFM信號，所以第n個天線接收到地面的回波，經(jīng)檢波及解調(diào)后得到復基帶信號可表示為

? ? ? ?其中，tr為距離快時間，ar(tr)和aa(tm)分別為距離和方位包絡函數(shù)，為后向散射系數(shù)，上式經(jīng)過匹配濾波完成距離壓縮操作后的表達式可寫為

? ? ? ?對于不同的目標運動形式，上式有不同的表達形式，在這里動目標方位信號的相位可以統(tǒng)一表示為關(guān)于tm的q階多項式形式，即把方位信號看成是PPS。

其中，q為展開的多項式總階數(shù)，ki為第i階多項式相位系數(shù)。因此，可得方位信號為二階PPS

? ? ? ?為方便分析，只關(guān)心目標方位信號中包含運動信息的相位項。因此方位PPS的相位可寫為

這里，

? ? ? ? 由于二階PPS為LFM信號，因此Doppler中心頻率和Doppler調(diào)頻率分別寫為

? ? ? ?在星載SAR-GMTI時，以下兩個假設總是成立的：①對于地面或海面目標，其在各個方向的速度分量遠遠小于衛(wèi)星的運行速度；②目標的垂直高度遠遠小于衛(wèi)星的運行高度。基于以上兩個假設，動目標方位信號的Doppler中心頻率和Doppler調(diào)頻率具有以下近似形式

? ? ? ?由上式看到，Doppler調(diào)頻率僅與Vx（方位向速度）這一個未知參數(shù)有關(guān)，因此通過單個天線就可估計得到方位速度，至于Doppler中心是由距離向速度Vy與Vx的耦合關(guān)系構(gòu)成。

3、多普勒參數(shù)估計與速度求解

? ? ? ?由上節(jié)分析可知，在星載多基線SAR中的動目標方位信號為二階PPS，即一個LFM信號。對LFM信號進行參數(shù)估計普遍采用時頻分析技術(shù)，其中以Wigner-Ville分布(Wigner-Ville Distribution, WVD)最具代表性。雖然，WVD對LFM信號具有良好的時頻聚集性；然而，其非線性變換特征使它難于處理同一距離門內(nèi)存在多個運動目標的情況。隨后，WVD與Radon變換、CLEAN等相結(jié)合的算法，以及演進的Cohen類算法，對LFM信號的參數(shù)估計從單個目標發(fā)展到多個目標；然而，這些算法為了抑制多目標交叉項犧牲了時頻譜的分辨率，導致參數(shù)估計的精度降低。

? ? ? ?分數(shù)階傅里葉變換（Fractional Fourier Transform, FrFT），作為一種線性時頻變換算法，它對LFM信號具有非常好的時頻聚集性，且不存在交叉項的問題，對于SAR多目標的運動參數(shù)估計具有廣闊的應用前景。

? ? ? ?由前文分析可知，動目標的方位信號為LFM信號，而FrFT對于LFM具有很好的時頻聚集性，能夠使線性調(diào)頻信號在某分數(shù)階域?qū)崿F(xiàn)能量聚集；其次，在同一距離門內(nèi)存在多個動目標的情況，其回波方位信號表現(xiàn)為多分量LFM信號，在對方位信號進行FrFT操作時，信號調(diào)頻率不同(即方位速度不同)的分量會在不同的分數(shù)階傅里葉域聚焦，可以有效地區(qū)分出不同方位速度的動目標；最后，由于FrFT是線性變換，在對信號進行FrFT操作時，能夠有效地在加性噪聲中濾出有用信號，算法的魯棒性高。

? ? ? ? 在使用FrFT估計得到信號的多普勒中心和多普勒調(diào)頻率后，可以首先計算目標的方位向速度

? ? ? 然后，將方位速度帶入多普勒中心的表達式，可推導除距離向速度的計算公式

? ? ? ?當然，需要提高二維速度的估計精度，還可以使用多極限條件對估計結(jié)果進行進一步優(yōu)化。