高速运动平台高距离分辨率FMCW SAR RD算法

·信号／数据处理·

ＤＯＩ：１０．１６５９２／ｊ．ｃｎｋｉ．１００４-７８５９．２０１５．１１．００８

高速运动平台高距离分辨率ＦＭＣＷＳＡＲＲＤ算法

陈鏐蕴１ａ

，曲 毅１ａ

，张 箭１ｂ

，路 婕

２

（１．武警工程大学ａ．信息工程系； ｂ．军事教育学院， 西安７１００８６）

（２．中国人民解放军６８０３６部队， 西安７１００４３）

摘要：针对调频连续波合成孔径雷达在高速运动中收发信号的情况，运用一种精确的多普勒回波模型，推导说明了直接通过傅里叶变换距离压缩的谱峰不仅发生多普勒偏移，同时存在展宽和峰值下降现象。给出了补偿函数，能够去除多普勒偏移和距离徙动的影响，并进一步压缩距离响应，提高距离分辨率。仿真实验证明文中算法正确有效。关键词：调频连续波；合成孔径雷达；雷达成像；距离多普勒；距离分辨率；高速运动中图分类号：ＴＮ９５８．９４

文献标志码：Ａ

文章编号：１００４-７８５９（２０１５）１１-００３２-０５

ＲａｎｇｅＲｅｓｏｌｕｔｉｏｎＩｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆＦＭＣＷＳＡＲＲａｎｇｅ-Ｄｏｐｐｌｅｒ

ＡｌｇｏｒｉｔｈｍｏｎＨｉｇｈ-ｓｐｅｅｄＭｏｔｉｏｎＰｌａｔｆｏｒｍ

ＣＨＥＮＬｉｕｙｕｎ１ａ

，ＱＵＹｉ１ａ

，ＺＨＡＮＧＪｉａｎ１ｂ

，ＬＵＪｉｅ２

（ａ．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ；

ｂ．ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＭｉｌｉｔａｒｙＥｄｕｃａｔｉｏｎ，ＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＣＡＰＦ， Ｘｉ′ａｎ７１００８６，Ｃｈｉｎａ）

（２．Ｕｎｉｔ６８０３６ｏｆＰＬＡ， Ｘｉ′ａｎ７１００４３，Ｃｈｉｎａ）

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｔｈａｔｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗａｖｅｓｙｎｔｈｅｓｉｓａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒｔｒａｎｓｍｉｔｓａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｓｓｉｇｎａｌｓｏｎｔｈｅｐｌａｔｆｏｒｍｗｉｔｈｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄｍｏｔｉｏｎ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｐｒｏｐｏｓｅｓａｎｅｘａｃｔＤｏｐｐｌｅｒｅｃｈｏｍｏｄｅｌ，ａｎｄｐｒｏｖｅｓｔｈａｔｓｐｅｃｔｒａｌｐｅａｋｏｂｔａｉｎｅｄｄｉｒｅｃｔｌｙｆｒｏｍｒａｎｇｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｏｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏＦｏｕｒｉｅｒｔｒａｎｓｆｏｒｍｉｓｓｈｉｆｔｅｄ，ｅｖｅｎｓｔｒｅｔｃｈｅｄａｎｄｄｅｔｅｒｉｏｒａｔｅｄｄｕｅｔｏｒａｄａｒｍｏｔｉｏｎ．Ｆｏ-ｃｕｓｉｎｇｏｎｔｈｅａｂｏｖｅｐｒｏｂｌｅｍｓ，ｔｗｏｎｏｖｅｌｆｕｎｃｔｉｏｎｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｃｏｍｐｅｎｓａｔｅＤｏｐｐｌｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ-ｓｈｉｆｔ，ｒａｎｇｅｍｉｇｒａｔｉｏｎ，ａｎｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒａｃｃｕｍｕｌａｔｅｅｎｅｒｇｙ．Ｔｈｕｓｔｈｅｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔｏｆｒａｎｇｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎｉｓａｃｈｉｅｖｅｄ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｔｅｓｔｐｒｏｖｅｄｔｈｅｖａｌｉｄｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｍｏｄｕｌａｔｅｄｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓｗａｖｅ；ｓｙｎｔｈｅｔｉｃａｐｅｒｔｕｒｅｒａｄａｒ；ｒａｄａｒｉｍａｇｉｎｇ；ｒａｎｇｅ-Ｄｏｐｐｌｅｒ；ｒａｎｇｅｒｅｓｏｌｕｔｉｏｎ；

ｈｉｇｈ-ｓｐｅｅｄｍｏｔｉｏｎ

基金项目：国家自然科学基金青年科学基金资助项目

（６１１０１２３８）

通信作者：陈鏐蕴 Ｅｍａｉｌ：ｊ．ｋ．ｃｈｅｎ＠Ｆｏｘｍａｉｌ．ｃｏｍ收稿日期：２０１５-０７-２２修订日期：２０１５-０９-２５

０ 引 言

调频连续波合成孔径雷达（ＦＭＣＷＳＡＲ）是一种

质量轻、成本低、功耗低、分辨率高的成像雷达。它与脉冲合成孔径雷达相比，在同等作用距离下，对发射功率的要求更低，一般的放大器即可实现，并且具有更强

的隐蔽性和抗反辐射导弹的能力［１］

。然而当今超声速无人机、导弹等高速运动载体的运动特性对ＦＭＣＷＳＡＲ成像技术提出了更高的挑战。因为ＦＭＣＷＳＡＲ在运动中发射和接收大时宽线性调频信号，这种运动将会导致距离压缩后的目标响应发生多普勒频率偏移，同时谱峰发生展宽，其幅度也随之降低，恶化了距离分辨率，使连续波雷达的适用场合受到限制。文献［２］对多普勒效应下的线性调频信号数学模型进行了

研究，并推导了相应的脉冲压缩方法；文献［３］对ＦＭ-ＣＷＳＡＲ的原始信号模拟的模型做了相应的改进；文献［４］运用频率变标算法着重解决斜视下的多普勒偏移；文献［５-６］针对多普勒频率偏移进行了分析，并分

别对距离多普勒算法和距离徙动算法做了改进。这些文献分析认为雷达的连续运动带来了多普勒频谱偏移，但是忽略了多普勒效应导致的频谱展宽。实际上，这种展宽将在分辨率要求和雷达运动速度较高时非常明显。

本文研究了正侧视线性ＦＭＣＷＳＡＲ在多普勒条件下的回波模型，通过理论推导分析了多普勒偏移及频谱展宽问题，在此基础上改进距离多普勒算法，通过补偿解决了上述问题，使得系统距离分辨率更接近理论值。仿真实验证明算法改进的有效性。

１ 系统模型

传统的距离多普勒算法系统模型通过将接收信号

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２３— 第３７卷 第１１期

２０１５年１１月

现代雷达

ＭｏｄｅｒｎＲａｄａｒ

Ｖｏｌ．３７ Ｎｏ．１１

Ｎｏｖ．２０１５