李紅虎，洪 偉

（船舶重工集團公司723所，揚州225001）

0 引 言

目前多通道系統(tǒng)地面運動目標檢測方法主要有相位中心偏置天線（DPCA）［1］、空時自適應處理（STAP）［2］、沿跡干涉（ATI）［3］等。傳統(tǒng)的星載雷達地面低速運動目標檢測系統(tǒng)中，發(fā)射信號多為線性調(diào)頻（LFM）信號，各個衛(wèi)星得到多幅合成孔徑雷達（SAR）圖像或是多通道STAP之后進行動目標檢測［4］。多發(fā)單收體制下的系統(tǒng)要求發(fā)射信號正交，便于多個回波信號分離［5－7］。這就要求不同天線發(fā)射的信號正交，即互相關峰值為零，旁瓣積分電平盡可能低。

本文采用優(yōu)化設計得到正交64相碼信號，其具有很好的自相關峰值旁瓣電平和正交性，將其用于二發(fā)一收體制下地面運動目標檢測系統(tǒng)，即兩顆衛(wèi)星分別發(fā)射2個相互正交的多相編碼信號，然后在其中一顆衛(wèi)星上接收這2顆衛(wèi)星的回波，并在這顆衛(wèi)星上進行合成孔徑雷達－地面運動目標檢測處理。利用基于圖像域的多通道、多像素二維聯(lián)合自適應處理算法（多點消一點方法）進行地面低速運動目標檢測，得到了所需的動目標檢測效果。同時進行了計算機仿真驗證，并作出了性能分析，最后給出結論。

1 正交64相編碼信號

（1）正交64相編碼信號

對于該星載系統(tǒng)的多發(fā)射波形優(yōu)化來講，由于正交64相碼主副比、主瓣寬度之間存在矛盾，要綜合考慮多個波形的自相關和互相關最大旁瓣電平等多個約束。這里主要考慮2個正交波形的自相關最大主副比和隔離度。在此，假定其中64相碼信號1為A＝ ｛a0，a2，…aN－1｝，64相碼信號2為B＝ ｛b0，b2，…，bN－1｝，則信號1的非周期自相關函數(shù)為：

信號1和信號2的非周期互相關函數(shù)為：

隔離度定義為自相關最大主峰值與互相關主峰值之差，可以表示為：

式中：I為2個信號的隔離度，表征2個信號的正交性。

（2）正交64相碼的性能分析

仿真參數(shù)：λ＝0.0 3m，Br＝2 0MH z，T＝10μs。信號個數(shù)N＝2，由Br×T＝200得多相編碼信號碼長為L＝200，子脈沖長度δ＝T／L＝0.05μs。64相碼信號序列集的性能如表1所示。

表1 正交64相碼的性能參數(shù)

2 正交64相碼的SAR－地面運動目標檢測（GMTI）算法

系統(tǒng)的幾何模型如圖1所示。

圖1 兩通道SAR幾何關系圖

圖1 中，觀測條帶中心斜距為Rc，衛(wèi)星之間間距為d，衛(wèi)星速度為Va。動目標到2個衛(wèi)星的距離分別為R1（t）、R2（t），沿運動平臺飛行方向速度為Vx，在斜距平面內(nèi)沿距離向的速度為Vr。

采用2顆衛(wèi)星分別發(fā)射正交64相碼信號，衛(wèi)星1接收2個衛(wèi)星的信號回波（即兩發(fā)一收體制）。圖2給出了基于兩發(fā)射正交波形和多點消一點雜波相消方法的SAR－GMTI實現(xiàn)框圖。

圖2 兩發(fā)一收體制的SAR－GMTI實現(xiàn)框圖

在衛(wèi)星1上進行地面低速運動目標檢測，其步驟如下：

（1）分別用各衛(wèi)星的發(fā)射信號對回波信號進行距離上的脈沖壓縮，采用傳統(tǒng)的正側(cè)視SAR成像方式，用R－D算法得到2幅SAR圖像。

（2）采用多點消一點方法進行雜波相消，此方法的基本思路是：兩幅SAR圖像經(jīng)過圖像粗配準后（像素級），任取其中一幅SAR圖像的待檢測像素點，在另一幅SAR圖像中對應像素點位置以其為中心取一個窗（窗的尺寸一般可以選方位像素個數(shù)×距離像素個數(shù)，通常為3×3，3×5，5×5等）得到其周圍相鄰單元的復數(shù)據(jù)，再利用兩幅SAR圖像中得到的像素點數(shù)據(jù)來聯(lián)合構造多點消一點矢量和協(xié)方差矩陣；然后再對自適應估計得到的采樣協(xié)方差矩陣進行矩陣求逆，并約束權的第1個元素為1來求最優(yōu)權，故去除第1個元素所得的權矢量為自適應維納（Weiner）權，因此它是在目標導向矢量未知的情況下以最小均方誤差為準則的最優(yōu)權；最后用此最優(yōu)權來進行雜波相消。下面給出多點消一點方法的具體內(nèi)容：

假設天線1接收的回波的SAR圖像是f1（x，y），天線2接收的回波的SAR圖像是f2（x，y），則：

式中：＊＊代表二維卷積；fe（x，y）為運動目標在2幅復圖像中引起的差異；h（x，y）為2幅圖像相對平移、旋轉(zhuǎn)的沖積響應。

式（4）表明了f2（x，y）和f1（x，y）的一種線性關系，其中h（x，y）和fe（x，y）是未知的。則由式（4）可得：

在文獻［7］中，h（x，y）也就是f1（x，y）中多個點的信號子空間，用f2（x，y）向其投影得到y(tǒng)）。然后由式（5）就可以得到fe（x，y），然后就可以進行動目標檢測。由于此方法用到了像素的擴散信息，所以雜波抑制效果較好。

（3）對雜波相消后的圖像采用恒虛警率（CFAR）技術檢測出動目標。

3 正交64相碼的SAR－GMTI算法仿真試驗

本文采用仿真生成的雜波數(shù)據(jù)，靜止雜波由均勻散布在觀測條帶內(nèi)的靜止點目標組成，SAR采用正側(cè)視工作方式。

雷達平臺參數(shù)如表2所示，相鄰孔徑中心等間距d＝120m（此孔徑中心間距在進行脈沖壓縮前已經(jīng)補償?shù)簦?，動目標仿真參?shù)如表3所示。

表2 雷達平臺參數(shù)

表3 動目標運動參數(shù)

當2顆衛(wèi)星分別發(fā)射64相碼序列集時，衛(wèi)星1接收2個衛(wèi)星的信號回波，在衛(wèi)星1上對回波用發(fā)射波形的權值進行脈沖壓縮分別成像，所得2幅SAR圖像如圖3、圖4所示，多點消一點方法雜波相消后的圖像如圖5所示（橫向為方位向，縱向為距離向）。圖6是動目標檢測的改善因子曲線。

圖3 衛(wèi)星1發(fā)射信號的SAR圖像

圖4 衛(wèi)星2發(fā)射信號的SAR圖像

圖5 雜波相消后的圖像

圖6 改善因子

從圖5可以看出雜波相消的結果較理想，運動目標已經(jīng)從大量雜波中檢測出來。從圖6的動目標改善因子圖得知，最大改善因子達到19.526dB。

4 結束語

本文針對兩發(fā)一收體制下的星載雷達系統(tǒng)，分析了基于正交64相碼信號的SAR－GMTI算法。首先介紹了正交64相碼信號及其性能特征，然后采用多點消一點方法來抑制雜波，得到較好的運動目標檢測效果。該方法對星載雷達系統(tǒng)的SAR－GMTI的在多發(fā)射波形方面的應用有一定的意義。最后，進行仿真實驗和性能分析，驗證了該方法的有效性。

［1］Lightstone L，F(xiàn)aubert D，Rempel G.Multiple phase center DPCA for airborne radar［A］.Proceedings of the 1991IEEE National Radar Conference［C］.Los Angeles，CA，1991：36－40.

［2］王永良，彭應寧.空時自適應信號處理［M］.北京：清華大學出版社，2000.

［3］Richard E Carnade.Dual baseline and frequency alongtrack interferometry［A］.Geoscience and Remote Sensing Symposium，1991IGARSS＇92International（Volume：2）IEEE ［C］.Houston，TX＇，1992：1585－1588.

［4］李景文.何峻湘.周蔭清.基于時空二維信號處理的合成孔徑雷達動目標檢測［J］.電子學報.1995，23（9）：88－91.

［5］黎薇萍，洪偉，陶海紅，廖桂生.用于分布式天基SAR系統(tǒng)低速運動目標檢測的空時波形優(yōu)化設計［J］.電子學報，2008，36（12）：2383－2388.

［6］陶海紅，黎薇萍，洪偉，廖桂生.分布式衛(wèi)星多發(fā)射波形——地面運動目標檢測系統(tǒng)研究［J］.電子學報，2009，37（12）：2803－2809.

［7］Mehrdad Soumekh.Signal subspace fusion of uncalibrated sensors with application in SAR［A］.Diagnostic Medicine and Video Processing.IEEE［C］.Santa Barbara.CA，1997：280－283.