单通道干涉相位无模糊估计快速动目标速度

发布时间：2019-11-29 22:55

【摘要】：为了解决合成孔径雷达-地面动目标检测系统中快速运动目标径向速度过大导致模糊的问题,提出一种基于单通道两视干涉相位无模糊估计方法。该方法首先在距离频率构造两视数据,再将两视数据进行干涉处理。利用两视干涉相位与方位慢时间的关系无模糊估计径向速度,该方法具有不受相位缠绕影响的优点。分析了所提算法在杂波背景和多目标情况下的应用,并研究了所提算法应用条件和最大不模糊速度。通过仿真和实测数据处理验证了所提方法的有效性。与基于包络的单通道方法对比分析,所提算法具有估计精度高和运算复杂度低的优点。
【图文】：

径向速度图,包络方法,单通道,径向速度

第９期张学攀等：单通道干涉相位无模糊估计快速动目标速度·１７２１·逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄逄目标径向速度为＾Ｖｒ＝９．９９７２ｍ／ｓ，具有较高的估计精度。从而也验证了存在相位缠绕但满足相位连续性假设条件下，所提方法能够无模糊的准确估计运动目标径向速度。图５理想情况下所提方法仿真结果５．２与单通道包络方法对比分析将所提方法与利用单通道包络信息估计径向速度的方法［１０］对比，从估计精度和估计用时两个方面进行仿真分析。为了综合对比估计精度和估计用时，包络方法分别利用０．０１°和０．００１°两种搜索步长从０°～１°进行搜索，即用包络方法１和包络方法２进行估计。同时，为了分析所提方法对不同径向速度的普适性，将运动目标径向速度设置为５～２０ｍ／ｓ，如表２所示。由表２中“估计值”和“估计相对误差”可见，所提方法和包络方法２具有相近的估计精度，高于包络方法１的估计精度。而从“估计用时”方面可见，包络方法２以较高的时间成本换取了较高的估计精度；另外，在实际应用过程中，由于运动目标径向速度未知，需要搜索的角度范围更大，估计用时更长，实时性更差。而所提方法利用较少的时间即可实现较高的估计精度。表２所提方法与包络方法对比仿真结果理论值／（ｍ／ｓ）５．００００１０．００００１５．００００２０．００００估计值／（ｍ／ｓ）所提方法５．００１４９．９９７２１４．９９４３１９．９９１７包络方法１４．７９９７１０．０３５７１４．８３５５２０．０７１７包络方法２４．９７４２

分布图,估计性能,包络方法

文所提方法中，并没有单独考虑噪声抑制问题，主要从以下３点考虑：一是脉冲压缩技术可以有效提高信噪比（ｓｉｇｎａｌ－ｔｏ－ｎｏｉｓｅｒａｔｉｏ，ＳＮＲ）；二是干涉处理可以进一步提升ＳＮＲ；三是最小二乘多项式拟合可以减弱噪声对估计性能的影响。笔者认为经过以上处理，ＳＮＲ可以满足对所提方法估计精度的需要，所以不再考虑相位噪声抑制方法。经过１００次蒙特卡罗实验，对比不同输出ＳＮＲ下所提方法与包络方法１的估计性能，１００次蒙特卡罗实验估计结果的盒状分布图如图６和图７所示。盒状分布图中红线表示了蒙特卡罗实验的估计均值，蓝色矩形框表示了蒙特卡罗实验中２５％～７５％估计结果的范围。所以，盒状分布图不仅可以看出蒙特卡罗实验在不同ＳＮＲ时的估计均值，也可以直观地表示其估计的稳定程度。图６不同ＳＮＲ时所提方法的估计性能图７不同ＳＮＲ时包络方法１的估计性能由图６可见，所提方法在输出ＳＮＲ＝２０ｄＢ时，达到了稳定估计，且估计精度较高。由于所提方法是利用相位信息进行估计，而相位敏感于噪声，所以对信号的输出ＳＮＲ要求较高。由图７可见，包络方法１在输出ＳＮＲ＝２ｄＢ时，就达到了较为稳定的估计性能，，但估计精度稍差。包络方法１具有较好的稳健性，这主要是因为通过Ｒａｄｏｎ变换可以实现目标信号的有效积累，而且包络信息并不敏感于噪声。

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