非合作星机双基地SAR的回波检测方法研究

doi:10.3969/j.issn.1009-086x.2025.01.015

摘要/Abstract

摘要：

场景回波实时检测是非合作星机双基地SAR波束同步的前提。针对双基地SAR微弱场景回波的距离走动以及场景能量分散问题，通过场景散射特性和回波模型的分析，提出一种频域M/N检测方法，其利用相邻PRF场景的相关性，实现场景能量的聚集，且频谱能量积累不受距离走动影响。仿真和实测数据验证结果表明，提出的算法检测概率高，性能优于常规检测算法，抗干扰性能强，计算量小，实时性好，易于工程实现。

关键词: 星机双基地SAR, 非合作SAR, 回波检测, 频域检测, M/N检测

Abstract:

The real-time detection of scene echoes is a prerequisite for beam synchronization in spaceborne/airborne hybrid bistatic synthetic aperture radar （SAR）. To address the issues of weak scene echoes， range migration， and energy dispersion in hybrid bistatic SAR， a frequency-domain M/N detection method based on the analysis of scene scattering characteristics and echo models is proposed. The method leverages the correlation of adjacent PRF scenes to aggregate scene energy， effectively mitigating the impact of range migration. Simulation and experimental results demonstrate that the proposed algorithm achieves a high detection probability and superior performance compared to conventional detection algorithms. In addition， it offers strong resilience to jamming， low computational complexity， and is suitable for real-time implementation， making it practical for engineering applications.

Key words: spaceborne/airborne hybrid bistatic SAR, non-cooperative SAR, echo detection, frequency-domain dectction, M/N detection

中图分类号:

TN958

孙文磊, 顾荣军, 王永海, 周志增. 非合作星机双基地SAR的回波检测方法研究[J]. 现代防御技术, 2025, 53(1): 140-146.

Wenlei SUN, Rongjun GU, Yonghai WANG, Zhizeng ZHOU. Research on Echo Detection Method of Non-cooperative Hybrid Bistatic SAR[J]. Modern Defense Technology, 2025, 53(1): 140-146.

图/表 13

图1 场景回波检测算法流程

Fig. 1 Algorithm flow of scene echo detection

表1 发射机和接收机系统参数

Table 1 Parameters of Transmitter and receiver

参数	星载辐射源	机载接收机
平台高度/m	514 000	10 000
平台速度/（m·s ^-1）	7 600	100
方位向波束宽度/（°）	0.33	2.5
俯仰向波束宽度/（°）	2.3	10
波束中心入射角/（°）	45	60
方位向天线转动角/（°）	±0.75	±45
信号带宽/MHz	30	30
波长/cm	3.1	3.1
天线增益/dB	45	28

图2 基于FFT的频域积累能量检测

Fig. 2 Frequency domain energy accumulation detection based on FFT

图3 距离向FRFT检测

Fig. 3 Distence detection towards FRFT

图4 方位向FRFT检测

Fig. 4 Divection detection towards FRFT

图5 互相关和回波距离向脉压结果

Fig. 5 Results of cross-correlation and echo range pulse compression

图6 未时域截取和时域截取结果

Fig. 6 Results of non-time domain interception and time domain interception

图7 积累（10次）对功率谱的影响

Fig. 7 Influence of accumulation（10 times） on power spectrum

图8 算法检测性能对比

Fig. 8 Comparison of detection performance of algorithms

图9 实测数据场景

Fig. 9 Scene of measured data

图10 基于FFT的频域能量积累（100次）检测

Fig. 10 Frequency domain energy acculation（100） detection based on FFT

图11 基于FRFT的LFM检测

Fig. 11 LEM detection based on FRFT

图12 本文方法检测结果

Fig. 12 Result of paper detection algorithm

参考文献 10

1	WANG Wenqin， CAI Jingye. A Technique for Jamming Bi- and Multistatic SAR Systems［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters， 2007， 4（ 1）： 80- 82.
2	SANZ-MARCOS J， LOPEZ-DEKKER P， MALLORQUI J J， et al. SABRINA： A SAR Bistatic Receiver for Interferometric Applications［J］. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters， 2007， 4（ 2）： 307- 311.
3	KRIEGER G， MOREIRA A， FIEDLER H， et al. TanDEM-X： A Satellite Formation for High-Resolution SAR Interferometry［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing， 2007， 45（ 11）： 3317- 3341.
4	WANG Wenqin. Approach of Adaptive Synchronization for Bistatic SAR Real-Time Imaging［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing， 2007， 45（ 9）： 2695- 2700.
5	庞存锁. 基于离散多项式相位变换和分数阶傅里叶变换的加速目标检测算法［J］. 电子学报， 2012， 40（ 1）： 184- 188.
	PANG Cunsuo. An Accelerating Target Detection Algorithm Based on DPT and Fractional Fourier Transform［J］. Acta Electronica Sinica， 2012， 40（ 1）： 184- 188.
6	WALTERSCHEID I， ESPETER T， BRENNER A R， et al. Bistatic SAR Experiments with PAMIR and TerraSAR-X-Setup， Processing， and Image Results［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing， 2010， 48（ 8）： 3268- 3279.
7	RODRIGUEZ-CASSOLA M， BAUMGARTNER S V， KRIEGER G， et al. Bistatic TerraSAR-X/F-SAR Spaceborne-Airborne SAR Experiment： Description， Data Processing， and Results［J］. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing， 2010， 48（ 2）： 781- 794.
8	WANG R， DENG YunKai， LOFFELD O， et al. Focusing Bistatic SAR Data in Double Sliding Spotlight Mode with TerraSAR-X and PAMIR Based on Azimuth Chirp Filtering［C］∥ EUSAR 2012； 9th European Conference on Synthetic Aperture Radar. Piscataway： IEEE， 2012： 772- 775.
9	WALTERSCHEID I， KLARE J， BRENNER A R， et al. Challenges of a Bistatic Spaceborne/Airborne SAR Experiment［C］∥ EUSAR 2006-6th European Conference on Synthetic Aperture Radar. Berlin： VDE VERLAG GmbH， 2006：页码.
10	周鹏，皮亦鸣. 一种用于非合作式星机双基地SAR中的波束同步技术［J］. 电子与信息学报， 2009， 31（ 5）： 1122- 1126.
	ZHOU Peng， PI Yiming. A Technique for Beam Synchronization in Non-Cooperative Hybrid Bistatic SAR［J］. Journal of Electronics & Information Technology， 2009， 31（ 5）： 1122- 1126.

[1]	吕强, 刘海军, 钟珲, 刘德忠. 一种主被动雷达目标跟踪测量数据融合方法[J]. 现代防御技术, 2024, 52(4): 108-116.
[2]	窦凇耀, 陈映, 陈燕, 刘政玮. 一种多雷达机动目标探测高阶运动特征估计方法[J]. 现代防御技术, 2024, 52(1): 102-110.
[3]	严济鸿, 王顺祥, 居宇欢, 肖景槐, 罗珏麟, 冯旭. 一种频控阵抗主瓣欺骗干扰的方法[J]. 现代防御技术, 2023, 51(6): 105-111.
[4]	刘鹏, 寇鹏飞, 赵凯恒. 舰载相控阵雷达低空测角精度影响因素及改善方法[J]. 现代防御技术, 2023, 51(4): 69-77.
[5]	祝昇翔, 何岷, 贺志毅, 王嘉欣. 一种相控阵雷达多通道同步方法[J]. 现代防御技术, 2022, 50(1): 60-66.
[6]	相飞华, 王杰贵. 固定单站无源定位可观测性及仿真分析[J]. 现代防御技术, 2021, 49(4): 72-78.
[7]	翟心蝶, 杨刚, 廉杰. 基于二阶Keystone的微弱运动目标检测[J]. 现代防御技术, 2021, 49(3): 105-114.
[8]	马小梦, 何岷, 张长革. 递进型优化算法对相控阵天线阵列的波束优化[J]. 现代防御技术, 2021, 49(2): 72-77.
[9]	王洋, 张宇, 刘丹, 金胜. 远程毫米波高分辨雷达系统关键问题研究[J]. 现代防御技术, 2021, 49(2): 78-85.
[10]	解礼. 对SAR地面动目标检测系统的运动调制假目标干扰[J]. 现代防御技术, 2020, 48(4): 86-92.
[11]	陈睿容, 孙武, 贾学振, 徐秋锋. 基于二阶Keystone的空间目标检测方法[J]. 现代防御技术, 2020, 48(4): 93-101.
[12]	姜智强, 山世浩, 张恒, 黄烽. 基于相位差变化率的无源定位及误差分析[J]. 现代防御技术, 2020, 48(1): 57-61.
[13]	龚博文, 姚志成, 杨剑, 胡猛. 数字阵列雷达通道均衡技术研究[J]. 现代防御技术, 2018, 46(5): 75-81.
[14]	孙永侃, 张萍萍. 第三方引导下的极区超视距目标指示方法[J]. 现代防御技术, 2018, 46(3): 66-72.
[15]	王天云, 刘冰, 凌晓冬, 刘勇, 陈卫东. 数字电视直播卫星信号用于无源雷达性能分析[J]. 现代防御技术, 2018, 46(3): 120-126.