双通道星载SAR运动目标检测仿真系统

资 源 简 介

本项目设计并实现了一个基于双通道架构的星载合成孔径雷达（SAR）仿真平台，专门用于研究和实现地面运动目标指示（GMTI）任务。 该系统严格模拟单发射天线、双接收天线的物理构型。其核心功能是利用星载平台的高速移动特性，通过两个在方位向排列的接收通道获得具有空间和时间关联的地面回波。 实现过程中，系统首先建立完善的几何模型，包括卫星轨道运动参数、信号传播时延以及地面运动目标产生的多普勒频率调制。 在处理流程上，程序对双通道接收到的原始数据执行距离向脉冲压缩，随后利用等效相位中心原则（DPCA）进行方位向信号重

详 情 说 明

双通道星载合成孔径雷达（SAR）地面运动目标检测（GMTI）仿真系统

本项目设计并实现了一个基于双通道架构的星载合成孔径雷达（SAR）仿真平台，专门用于研究和实现地面运动目标指示（GMTI）任务。系统通过模拟单发射天线、双接收天线的物理构型，利用星载平台的高速移动特性，通过方位向排列的双通道获取具有空间和时间关联的地面回波。

1. 项目介绍

本仿真系统旨在模拟星载SAR环境下的地面运动目标检测过程。其核心逻辑是利用等效相位中心原则（DPCA），使前后两个通道的等效相位中心在空间位置上重合。由于静态地物的回波在配准后的双通道中具有高度相关性，通过复数减法运算可以大幅度抵消杂波，从而凸显出由于径向速度导致相位偏移的运动目标。

2. 功能特性

• 高精度几何建模：严格模拟卫星轨道运动（约 7.5km/s）、信号传播时延以及地面运动目标产生的多普勒频率调制。
• 物理构型仿真：支持双接收通道天线基线设计，默认满足 DPCA 准则（PRF = 2 * Vs / d）。
• 全流程信号处理：涵盖了从原始数据生成、距离向脉冲压缩、方位向通道配准到最终 DPCA 杂波抑制的完整链条。
• 多目标场景模拟：支持在同一场景中同时设置静态参考目标与具有不同径向/方位速度的运动目标。
• 性能评估可视化：提供二维脉压图对比、方位向切片分析以及杂波抑制比（CSR）的定量估算。

3. 系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 工具箱要求：Signal Processing Toolbox（信号处理工具箱）。
• 硬件建议：由于涉及 512x512 矩阵的多次 FFT 运算，建议配备 8GB 以上内存。

4. 使用方法

1. 启动 MATLAB 并在当前工作目录下打开仿真程序。
2. 运行程序，系统将自动开始执行参数初始化。
3. 程序将依次执行：原始信号生成 -> 距离向匹配滤波 -> 方位向频域配准 -> DPCA 减法运算。
4. 仿真完成后，系统会自动弹出 2x2 的结果图表，展示抑制前后的对比情况及运动目标检测结果。
5. 在 MATLAB 命令行窗口可查看到系统计算的杂波抑制比等性能指标。

5. 实现逻辑与关键算法说明

5.1 原始回波仿真逻辑 程序基于点目标模型生成回波。对于每一个方位向脉冲，系统会：

• 计算卫星发射中心与接收通道（前/后两个位置）的瞬时坐标。
• 根据目标的运动矢量计算目标的瞬时坐标。
• 基于几何距离计算精确的双程时延（Tx-Target-Rx）。
• 利用线性调频信号（LFM）模型生成复数回波，并根据时延进行相位调制和范围门限截取。

5.2 距离向脉冲压缩 为了获得目标的高分辨率距离像，系统：

• 构造了基于信号带宽和调频斜率的匹配滤波器。
• 在频率域对双通道回波分别进行快时间（距离向）的 FFT 变换。
• 将回波频谱与匹配滤波器响应的共轭相乘。
• 通过 IFFT 回到时域，完成脉冲压缩。

5.3 DPCA 通道配准算法 这是系统的核心处理步骤。虽然 PRF 设计满足理论重合条件，但为了消除非理想因素及采样间隔的影响：

• 时延计算：计算通道间由于基线导致的等效观测时间差 dt = d / (2 * Vs)。
• 频域补偿：在方位向（慢时间）执行 FFT，转换到多普勒域。
• 相位重构：应用相移补偿函数 H_comp = exp(j * 2 * pi * fa * dt)，对后通道信号进行亚像素级别的对齐。

5.4 杂波抑制与目标提取

• 复数相减：将配准后的两个通道矩阵进行对应元素的复数减法。
• 原理：静态目标的相干性极高，减法后其幅度趋近于噪声水平；运动目标由于其径向速度导致的额外多普勒相位移，使得两个通道的信号无法完全抵消。
• 对比分析：系统提取运动目标所在距离单元的方位向切片，对比 DPCA 处理前后的信杂比（SCR）提升情况。

6. 实现细节分析

• 采样频率：Fs 设置为带宽 B 的 1.2 倍，确保满足采样定理并留有过渡带。
• 噪声模拟：在原始数据中加入了高斯白噪声（标准差 0.05），用以验证算法在非理想信噪比下的鲁棒性。
• 有效相位中心（EPC）：代码模拟中充分考虑了单发双收模式下，有效相位中心位于发射天线与接收天线中点的物理特性，因此基线补偿采用了 d/2 相关的逻辑。
• 性能指标：通过计算处理前后能量的比值，提供杂波抑制后系统的改善因子估算。