一種穩(wěn)健的基于多通道sar特征投影的雜波抑制方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制方法及裝置，其中，該方法包括：獲取待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量；對回波數(shù)據(jù)矢量的各分量進行模歸一化處理，確定與回波數(shù)據(jù)矢量對應的模歸一化矢量；確定模歸一化矢量的協(xié)方差矩陣，并對進行協(xié)方差矩陣特征分解，構(gòu)造新的噪聲子空間；將待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量向新的噪聲子空間投影進行雜波抑制，獲取雜波抑制后的SAR數(shù)據(jù)，并指示利用恒虛警率檢測技術對雜波抑制后的SAR數(shù)據(jù)進行目標檢測。即使估計協(xié)方差矩陣所用的訓練樣本中包含強目標信號時，該方法仍能保持良好的雜波抑制性能，基本不受強目標信號的影響，可以有效地抑制地面靜止場景雜波；且該方法具有較好的有效性和穩(wěn)健性。
【專利說明】-種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制方法及裝 置

【技術領域】
[0001] 本發(fā)明設及地面運動目標檢測【技術領域】，具體地，設及一種穩(wěn)健的基于多通道SAR 特征投影的雜波抑制方法及裝置。

【背景技術】
[0002] 合成孔徑雷達（SAR，Synthetic Aperture Radar)成像是利用發(fā)射寬頻帶脈沖信 號來獲取距離的高分辨，而利用雷達運動平臺與目標間精確已知的相對運動產(chǎn)生的多普勒 效應，通過數(shù)據(jù)存儲和相干處理來形成長的合成陣列，從而得到高的方位分辨率。對于地面 靜止的場景，只要雷達運動平臺的軌跡已知，就可精確計算出雷達和目標的相對位移，從而 通過匹配濾波處理即可得到高分辨的SAR圖像。然而，該種算法不再適用于對地面運動目 標的SAR成像。因為在大多數(shù)情況下，很難獲得運動目標的運動信息先驗知識，而只能用對 靜止目標估計得到的多普勒參數(shù)進行匹配濾波處理，運動目標將不能有效地相干積累，從 而會使動目標出現(xiàn)散焦和方位錯位，甚至會被淹沒在地雜波中而無法進行檢測。
[0003] 基于陣列處理的多通道 SAR-GMTI (Synthetic Aperture Radar-Ground Moving Target Indication,合成孔徑雷達-地面運動目標檢測）方式具有良好的雜波對消性， 能夠在低雜信噪比的情況下達到較好的檢測效果，可W實現(xiàn)低信噪比下的慢速運動目標 檢測，天線沿航向直線分布對地面動目標檢測而言是一種最優(yōu)的天線陣列結(jié)構(gòu)，因為沿航 向直線分布的陣列在地形高度方向上沒有分辨能力，雜波自由度不受地形起伏的影響。 多通道SAR-GMTI系統(tǒng)不僅能夠檢測能量微弱、慢速運動的目標，在對地面運動目標進行 正確的定位上有優(yōu)勢。當前多通道SAR-GMTI系統(tǒng)的動目標檢測方法主要有相位偏置天 線技術（DPCA，Displaced 化ase Center Antenna)、沿跡干設技術（ATI，Along Track Interferometry)和空時自適應處理技術（STAP，Space Time Adaptive Processing)等。 為了成功地檢測目標，有效地對地面雜波進行抑制是關鍵。經(jīng)典的運動目標檢測思想是"即 要盡可能多地對消地雜波，又盡可能多地保留運動目標信號"。
[0004] 利用特征投影方法進行雜波抑制是一類有效的方法。在理想的情況下，估計協(xié)方 差矩陣所用的訓練樣本中僅包含雜波和噪聲信息，傳統(tǒng)的特征投影方法能夠獲得很好的雜 波抑制效果。在實際處理中，訓練樣本中往往會包含強目標信號，特別是訓練樣本中包含強 目標信號時，傳統(tǒng)的特征投影方法的雜波抑制效果會受到嚴重的影響，甚至會導致方法完 全失效。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術中強目標信號嚴重影響傳統(tǒng)特征投影方法雜波抑制 性能的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑 制方法。
[0006] 本發(fā)明實施例提供的一種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制方法，包 括：獲取待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量；對回波數(shù)據(jù)矢量的各分量進行模歸一化處理，確定與回 波數(shù)據(jù)矢量對應的模歸一化矢量；確定模歸一化矢量的協(xié)方差矩陣，并對進行協(xié)方差矩陣 特征分解，構(gòu)造新的噪聲子空間；將待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量向新的噪聲子空間投影進行雜 波抑制，獲取雜波抑制后的SAR數(shù)據(jù)，并指示利用恒虛警率檢測技術對雜波抑制后的SAR數(shù) 據(jù)進行目標檢測。
[0007] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術中強目標信號嚴重影響傳統(tǒng)特征投影方法雜波抑制 性能的缺陷，根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提出一種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑 制裝置。
[000引本發(fā)明實施例提供的一種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制裝置，包 括：
[0009] 獲取模塊，用于獲取待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量；
[0010] 模歸一化處理模塊，用于對回波數(shù)據(jù)矢量的各分量進行模歸一化處理，確定與回 波數(shù)據(jù)矢量對應的模歸一化矢量；
[0011] 處理模塊，用于確定模歸一化矢量的協(xié)方差矩陣，并對進行協(xié)方差矩陣特征分解， 構(gòu)造新的噪聲子空間；
[0012] 雜波抑制模塊，用于將待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量向新的噪聲子空間投影進行雜波抑 審IJ，獲取雜波抑制后的SAR數(shù)據(jù)，并指示利用恒虛警率檢測技術對雜波抑制后的SAR數(shù)據(jù)進 行目標檢測。
[0013] 本發(fā)明實施例提供的一種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制方法和裝 置，即使估計協(xié)方差矩陣所用的訓練樣本中包含強目標信號時，該方法及裝置仍能保持良 好的雜波抑制性能，基本不受強目標信號的影響，可W有效地抑制地面靜止場景雜波；且該 方法具有較好的有效性和穩(wěn)健性。
[0014] 本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點將在隨后的說明書中闡述，并且，部分地從說明書中變 得顯而易見，或者通過實施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點可通過在所寫的說明 書、權利要求書、W及附圖中所特別指出的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)和獲得。
[0015] 下面通過附圖和實施例，對本發(fā)明的技術方案做進一步的詳細描述。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0016] 附圖用來提供對本發(fā)明的進一步理解，并且構(gòu)成說明書的一部分，與本發(fā)明的實 施例一起用于解釋本發(fā)明，并不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。在附圖中：
[0017] 圖1為本發(fā)明實施例中穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制方法的流程 圖；
[0018] 圖2為實施例一中雜波抑制性能比較第一效果圖；
[0019] 圖3為實施例一中雜波抑制性能比較第二效果圖；
[0020] 圖4為實施例一中場景原始的SAR圖像；
[0021] 圖5為實施例一中傳統(tǒng)方法雜波抑制后的輸出圖；
[0022] 圖6為實施例一中本發(fā)明實施例提供的方法雜波抑制后的輸出圖；
[0023] 圖7為實施例一中雜波抑制性能比較方位向116號數(shù)據(jù)的效果圖；
[0024] 圖8為實施例一中雜波抑制性能比較方位向440號數(shù)據(jù)的效果圖；
[0025] 圖9為實施例一中雜波抑制性能比較方位向740號數(shù)據(jù)的效果圖；
[0026] 圖10為本發(fā)明實施例中穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制裝置的結(jié)構(gòu) 圖。

【具體實施方式】
[0027] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明的【具體實施方式】進行詳細描述，但應當理解本發(fā)明的保 護范圍并不受【具體實施方式】的限制。
[002引根據(jù)本發(fā)明實施例，提供了一種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制方 法，圖1為該方法的流程圖，包括：
[0029] 步驟101 ;獲取待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量。
[0030] 具體的，基于功率挑選準則，選取功率比噪聲功率高預設闊值的數(shù)據(jù)作為待檢測 的回波數(shù)據(jù)矢量。
[0031] 步驟102 ;對回波數(shù)據(jù)矢量的各分量進行模歸一化處理，確定與回波數(shù)據(jù)矢量對 應的模歸一化矢量。
[0032] 具體的，對回波數(shù)據(jù)矢量x(i)的各分量W第一通道為參考進行模歸一化處理，獲 取與回波數(shù)據(jù)矢量對應的模歸一化矢量：
[0033]

【權利要求】
1. 一種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制方法，其特征在于，包括： 獲取待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量； 對回波數(shù)據(jù)矢量的各分量進行模歸一化處理，確定與回波數(shù)據(jù)矢量對應的模歸一化矢 量； 確定模歸一化矢量的協(xié)方差矩陣，并對所述進行協(xié)方差矩陣特征分解，構(gòu)造新的噪聲 子空間； 將所述待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量向所述新的噪聲子空間投影進行雜波抑制，獲取雜波抑 制后的SAR數(shù)據(jù)，并指示利用恒虛警率檢測技術對所述雜波抑制后的SAR數(shù)據(jù)進行目標檢 測。
2. 根據(jù)權利要求1所述的方法，其特征在于，所述獲取待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量，具體包 括： 基于功率挑選準則，選取功率比噪聲功率高預設閾值的數(shù)據(jù)作為待檢測的回波數(shù)據(jù)矢 量。
3. 根據(jù)權利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述對回波數(shù)據(jù)矢量的各分量進行模 歸一化處理，確定與回波數(shù)據(jù)矢量對應的模歸一化矢量，包括： 對回波數(shù)據(jù)矢量X(i)的各分量以第一通道為參考進行模歸一化處理，獲取與回波數(shù) 據(jù)矢量對應的模歸一化矢量：
式中，Xm⑴為回波數(shù)據(jù)矢量的第M個分量，= ￡2eA…( ) 表示由各種非理想因素導致的通道幅度/相位誤差（(心C2表示通道幅度增益誤差， {4丨二:表示通道相位響應誤差），a。= [1，1，…，1]T為雜波理想空域?qū)蚴噶?，小。⑴雜波 相位，Mi) =angle(C(i)) ;c⑴為雜波等效復后向散射系數(shù)，n(i)為加性高斯白噪聲，Ii1Q)為噪聲n(i)矢量的第1個分量，各矢量的維數(shù)均為MXl。
4. 根據(jù)權利要求3所述的方法，其特征在于，在大雜噪比的情況下，所述回波數(shù)據(jù)矢量 對應的模歸一化矢量近似為：
5. 根據(jù)權利要求4所述的方法，其特征在于，所述確定模歸一化矢量的協(xié)方差矩陣，并 對所述進行協(xié)方差矩陣特征分解，構(gòu)造新的噪聲子空間，包括： 對模歸一化矢量的協(xié)方差矩陣Rg(i)進行特征分解：
式中，分別表示協(xié)方差矩陣Rg⑴的特征值及其對應的特征向量，且有 yM，最大特征值丫1對應的特征向量〖1與雜波的實際導向矢量近似等價：I1SyAa。;式中，y為非零復常數(shù)，特征向量I:所張成的子空間的正交補空間為為噪 聲子空間： ng{i) = span{^2,^,---,^M}〇
6.-種穩(wěn)健的基于多通道SAR特征投影的雜波抑制裝置，其特征在于，包括： 獲取模塊，用于獲取待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量； 模歸一化處理模塊，用于對回波數(shù)據(jù)矢量的各分量進行模歸一化處理，確定與回波數(shù) 據(jù)矢量對應的模歸一化矢量； 處理模塊，用于確定模歸一化矢量的協(xié)方差矩陣，并對所述進行協(xié)方差矩陣特征分解， 構(gòu)造新的噪聲子空間； 雜波抑制模塊，用于將所述待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量向所述新的噪聲子空間投影進行雜 波抑制，獲取雜波抑制后的SAR數(shù)據(jù)，并指示利用恒虛警率檢測技術對所述雜波抑制后的 SAR數(shù)據(jù)進行目標檢測。
7. 根據(jù)權利要求6所述的裝置，其特征在于，所述獲取模塊具體用于：基于功率挑選準 貝1J，選取功率比噪聲功率高預設閾值的數(shù)據(jù)作為待檢測的回波數(shù)據(jù)矢量。
8. 根據(jù)權利要求6或7所述的裝置，其特征在于，所述模歸一化處理模塊具體用于： 對回波數(shù)據(jù)矢量X(i)的各分量以第一通道為參考進行模歸一化處理，獲取與回波數(shù) 據(jù)矢量對應的模歸一化矢量：
式中，xM(i)為回波數(shù)據(jù)矢量的第M個分量，… 表示由各種非理想因素導致的通道幅度/相位誤差（,,C2表示通道幅度增益誤差， {也匕表示通道相位響應誤差），?= [M，…，1]T為雜波理想空域?qū)蚴噶?，巾。⑴雜波 相位，Mi) =angle(C(i)) ;c⑴為雜波等效復后向散射系數(shù)，n(i)為加性高斯白噪聲，Ii1Q)為噪聲n(i)矢量的第1個分量，各矢量的維數(shù)均為MXl。
9. 根據(jù)權利要求8所述的裝置，其特征在于，在大雜噪比的情況下，所述回波數(shù)據(jù)矢量 對應的模歸一化矢量近似為：
10. 根據(jù)權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述處理模塊具體用于： 對模歸一化矢量的協(xié)方差矩陣Rg(i)進行特征分解：
式中，丨I1分別表示協(xié)方差矩陣Rg(i)的特征值及其對應的特征向量，且有 yM，最大特征值丫1對應的特征向量〖1與雜波的實際導向矢量近似等價：I1SyAa。;式中，y為非零復常數(shù)，特征向量I:所張成的子空間的正交補空間為為噪 聲子空間：
【文檔編號】G01S7/36GK104502895SQ201410741132
【公開日】2015年4月8日 申請日期:2014年12月8日 優(yōu)先權日:2014年12月8日
【發(fā)明者】文珺, 孫洪昌, 許嘉, 陳華, 李明 申請人:廣西大學