SAR动目标检测(MTI)是SAR成像技术的重要应用方向,主要有单通道检测技术和多通道检测技术。其原理是利用动目标回波与静止目标回波的方位多普勒不同,对动目标进行区分。正是因为这种不同,所以在SAR图像中出现动目标散焦或偏移现象。

现有的单通道 MTI 方法主要有三种:

①基于动目标多普勒中心频率的检测方法。以频域滤波法最具代表性,它实现简单,易于操作,计算量小,是目前单通道 MTI 的首选方法。

②基于多普勒调频率变化的检测方法。如反射特性位移法,缺点是对静止目标和动目标都敏感。

③基于动目标的方位向调频率不同于静止目标的检测方法,主要有维纳-维勒分布法、小波变换法以及分数阶傅里叶变换法,缺点:计算量大。

下面主要介绍频域滤波法。

受通道数的限制,单通道动目标检测通常只用来检测具有径向运动速度的目标,利用多普勒中心的偏移在距离—多普勒域实现动目标和静止杂波的分离,从在检测到动目标区域内估计出动目标多普勒中心频率。

(1)单通道动目标检测条件

频域滤波法根据径向速度引起的多普勒偏移区分目标,可检测的速度范围受到杂波带宽和脉冲重复频率限制。




动目标检测综述 动目标检测原理_Powered by 金山文档


假设动目标在斜距平面内运动,仅存在二维的速度,则目标的斜距表达式为


动目标检测综述 动目标检测原理_目标检测_02


其中,t为慢时间,R0为最短斜距,V为平台速度。通常tr可被忽略。

根据t的一次幂,可得到动目标的多普勒中心


动目标检测综述 动目标检测原理_经验分享_03


可以看到,由于目标径向速度的存在,其多普勒中心比静止目标多出了一个分量(正侧视时,静止目标多普勒中心为0)。此外,根据t的二次幂,动目标的多普勒条频率为


动目标检测综述 动目标检测原理_动目标检测综述_04


由于单通道动目标检测是对多普勒中心进行区分,所以:如果动目标径向速度较小以至于其频谱淹没在杂波之内,此时很难检测到目标;如果动目标速度很大,导致多普勒中心频移大于 PRF/2,回波信号多普勒谱将产生折叠,出现速度模糊。因此,单通道的速度检测范围为:


动目标检测综述 动目标检测原理_经验分享_05


(2)多普勒中心估计

从上面的分析可以看到,PRF 的提高有利于提高距离向速度检测范围,频域滤波法根据这一点,在距离多普勒域对成像区进行频谱分段,通过设置合理的频谱区间,使不同速度的动目标落入不同的频谱分布区来完成动目标的分离提取。

提取到动目标的距离多普勒域范围后需要对不同的动目标重新聚焦。这就涉及了匹配函数多普勒中心设计,因此需要对目标的多普勒中心进行估计。能量均衡法估计多普勒中心时可以取得较好的估计精度,

利用能量均衡法估计多普勒中心时,把回波数据分解成若干距离向块,再对每个块内的回波作方位向 FFT,获得其平均功率谱,最后求取平均功率谱的能量等分点。若能量等分点为第 N 个采样频点,则多普勒中心频率的表达式为


动目标检测综述 动目标检测原理_Powered by 金山文档_06


得到动目标多普勒中心估计之后,然后构建方位向脉压函数实现脉冲压缩,完成目标的聚焦处理。

(3)动目标检测-CFAR

在得到动目标聚焦图像之后,接下来需要判断其是否为动目标。通常可使用CFAR检测进行处理。

由于频域滤波比较简单,此处就不展示仿真结果了。