一种基于Wigner—Hough分布的SAR地面运动目标成像方法

杨猛1，朱宇涛1，赵逸超1，粟毅1，张祥军2，丁杨2

（1.国防科学技术大学，湖南长沙410073；2.中国人民解放军94535部队，江苏徐州221000）

摘要：时频分析是SAR地面动目标成像技术中的常用方法，但传统时频分析方法如WVD在处理多分量SAR运动目标回波时存在交叉项的影响，在低信噪比时不易检测各分量信号的多普勒参数。针对这一问题，提出一种基于Wigner?Ville分布（SWVD）的机载SAR运动目标成像方法，其核心是采用SWVD时频分析方法，能够有效地抑制多个目标之间交叉项的影响，对地面单运动目标和多运动目标的成像均有很好的成像效果，理论分析和实验证明了其有效性。

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关键词 ：地面运动目标成像；SAR；Keystone变换；Wigner?Hough分布

0 引言地面运动目标能反映城市交通动态及战场态势，是重要的民用和军事目标。因此合成孔径雷达（SAR）地面运动目标成像技术在军事领域的应用中有着极其重要的作用。SAR是一种先进的侦查手段，利用安置在无人机上的雷达发现地面运动目标并对其成像，已经成为现代战场情报获取的重要手段。由于目标运动的未知性、SAR 平台运动、小天线宽波束、PRF较低、高数据率等因素的存在，机载SAR 对地面运动目标的成像是相当困难的[1]。

目前，SAR地面运动目标成像及定位算法的关键问题是估计运动目标的运动参数，包括运动目标切航向速度，沿航向速度以及切航向和沿航向的初始位置。而目前主要的成像与定位问题算法主要分为两类，一类是基于图像域，一类是基于原始回波域。前者是将传统的单通道SAR通过子视图的方式等效为多通道SAR，然后利用各个子视图之间的相关关系估计出运动目标的运动参数[2]，这类方法需要对子视图位置进行精确的定位，而且由于子视图相关时间，运动目标在子视图是散焦的，该方法具体实现比较困难；后者主要基于原始回波的方位向多普勒参数估计运动参数与初始位置。基于原始回波的参数估计方法有时频分析和距离历程拟合[3]等，距离历程拟合方法是通过对目标斜距进行拟合分析，该方法需要精确地确定载机与运动目标之间的几何关系，拟合精度要求太高，而且由于存在载机运动的非理想性，所以实现难度较大。时频分析[4?7]是一种流行的信号处理方法，能有限地反映非平稳信号的时变特征，精确分析信号的时间与频率特性。

针对当前SAR 运动目标成像存在的问题，本文提出一种基于Wigner?Hough分布的地面运动目标成像方法，它首先利用二阶广义Keystone变换和Hough变换对距离压缩后的SAR 回波数据进行距离徙动校正，接着沿方位向进行多普勒频谱分析，估计运动目标参数对各距离门分别构造匹配滤波器进行方位压缩，从而实现对地面运动目标的成像和定位。与现有算法相比，本文所提方法能精确估计出运动目标的沿航向速度、径向速度，从而对地面运动目标具有更精确的成像结果。此外，本文还分析了实际中会遇到的距离门和运动参数估计的具体问题，并给出了解决方法。本文方法能够对多个具有不同速度的地面运动目标进行成像，更精确的运动参数估计使成像性能得到进一步提升。

1 信号模型

图1 给出了正侧视机载SAR 地面运动目标的几何关系图。vy 和vx 分别表示切航向速度与沿航向速度，载机的飞行速度为v。R0 和R(t)分别代表载机与目标之间最近斜距与瞬时斜距。

表2展示了运动参数的估计结果，目标1，4，5，6，7，8，9相当于静止场景，通过传统的成像算法进行聚焦成像。目标2等效为慢速目标，目标3等效为快速目标，本文通过所提的方法可以比较准确地估计慢速目标与快速目标的运动参数。

4 结论

本文提出了一种基于Keystone与WHD相结合的机载SAR地面运动目标成像方法，并针对实际情况，采用距离门处理实现对多目标的成像，并提出了改进的WHD 时频分析方法，获取更精确的目标运动参数以进一步提升成像性能。本文所提出的方法具有多运动目标成像、适应大场景处理的优势，推动了实际机载SAR地面运动目标成像技术的发展。