SAR-GMTI系統(tǒng)運(yùn)動目標(biāo)參數(shù)快速估計(jì)方法研究.pdf

1、雷達(dá)技術(shù)是以電磁波為載體，具有全天時(shí)、全天候和遠(yuǎn)距離探測的優(yōu)勢。地面運(yùn)動目標(biāo)檢測(GMTI)作為雷達(dá)技術(shù)的重要分支，能夠有效檢測地面運(yùn)動目標(biāo)，是實(shí)現(xiàn)目標(biāo)跟蹤與識別的基本前提。將GMTI與SAR相結(jié)合，在對觀測場景成像的同時(shí)，能夠偵測運(yùn)動目標(biāo)，并可以將運(yùn)動目標(biāo)定位于SAR圖像上，極大的豐富了運(yùn)動目標(biāo)的動態(tài)信息，在軍用和民用方面都具有重要應(yīng)用價(jià)值。
　　但在SAR-GMTI實(shí)際應(yīng)用中，運(yùn)動目標(biāo)參數(shù)不僅造成運(yùn)動目標(biāo)成像結(jié)果散焦不利于運(yùn)動

2、目標(biāo)識別，而且使得運(yùn)動目標(biāo)方位位置偏離其真實(shí)位置導(dǎo)致不能正確定位。同時(shí)，運(yùn)動目標(biāo)參數(shù)是實(shí)現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)跟蹤和分類的重要參考依據(jù)。運(yùn)動目標(biāo)徑向速度主要面臨模糊估計(jì)（相位法）和運(yùn)算量巨大（幅度法）的問題，而運(yùn)動目標(biāo)方位向速度主要面臨搜索導(dǎo)致的運(yùn)算量大的問題，這都不利于對運(yùn)動目標(biāo)參數(shù)估計(jì)實(shí)時(shí)性要求較高的現(xiàn)代SAR-GMTI系統(tǒng)。所以，研究運(yùn)動目標(biāo)參數(shù)的快速估計(jì)方法具有重要意義。
　　論文針對以上問題，主要研究內(nèi)容包括以下幾個(gè)方面:
　

3、　1.針對SAR-GMTI系統(tǒng)運(yùn)動目標(biāo)徑向速度估計(jì)存在相位模糊的問題，提出一種雙通道距離頻率干涉相位解徑向速度模糊的方法，其本質(zhì)是利用了不同距離頻率對應(yīng)不同波長實(shí)現(xiàn)徑向速度解模糊。該方法通過構(gòu)造干涉相位與距離頻率的線性關(guān)系，利用干涉相位隨距離頻率變化的斜率實(shí)現(xiàn)徑向速度無模糊估計(jì)。當(dāng)相鄰距離頻率對應(yīng)的干涉相位之差小于π時(shí)，利用模糊的干涉相位估計(jì)的斜率與無模糊的干涉相位估計(jì)的斜率相同，即該斜率與干涉相位纏繞無關(guān)，所以所提方法具有不受相位纏繞

4、影響的優(yōu)點(diǎn)。將所提方法與相位中心偏置天線技術(shù)相結(jié)合，可以實(shí)現(xiàn)所提方法在雜波背景下無模糊估計(jì)運(yùn)動目標(biāo)徑向速度。利用相位纏繞、雜波背景等方面仿真分析和實(shí)測數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　2.針對徑向速度估計(jì)存在相位模糊的問題，提出一種基于單通道多普勒域相位信息解徑向速度模糊方法。在合成孔徑時(shí)間內(nèi)，恒定的徑向速度導(dǎo)致運(yùn)動目標(biāo)在不同觀測視角下保持恒定的多普勒中心偏移，即多普勒頻率對應(yīng)的相位是隨徑向速度恒定變化的，利用相位隨多普勒頻率

5、變化的斜率即可實(shí)現(xiàn)徑向速度估計(jì)。所提方法首先在距離頻域做兩視處理，分別轉(zhuǎn)換到多普勒域做干涉處理，使得運(yùn)動目標(biāo)的干涉相位滿足相位連續(xù)性假設(shè)。利用最小二乘線性擬合估計(jì)干涉相位關(guān)于多普勒頻率的斜率，徑向速度可由該斜率計(jì)算得到。將所提方法應(yīng)用于估計(jì)多個(gè)運(yùn)動目標(biāo)徑向速度的情況，分析了在距離脈壓域可分、多普勒域可分和距離頻域-多普勒域可分的條件，能夠在多個(gè)運(yùn)動目標(biāo)情況下實(shí)現(xiàn)分別估計(jì)單一運(yùn)動目標(biāo)徑向速度。該方法不僅具有較高的實(shí)時(shí)性，而且在多普勒域能夠

6、同時(shí)估計(jì)多個(gè)目標(biāo)徑向速度，具有較高實(shí)用價(jià)值。仿真和實(shí)測數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　3.針對幅度法（Radon變換）估計(jì)運(yùn)動目標(biāo)徑向速度所面臨的巨大運(yùn)算量問題，提出了一種基于Radon變換的快速估計(jì)方法。該方法通過開發(fā)運(yùn)動目標(biāo)在Radon域失配結(jié)果的幾何信息，構(gòu)造Radon變換角度與運(yùn)動目標(biāo)距離走動傾斜角度的幾何關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)徑向速度的無模糊估計(jì)。在該方法中，運(yùn)動目標(biāo)徑向速度可以通過兩次Radon變換結(jié)果計(jì)算而非搜

7、索得到。所提方法通過利用幾何信息，將傳統(tǒng)Radon變換估計(jì)方法的二維搜索問題降為一維搜索問題，大大降低了運(yùn)算量，而且避免了傳統(tǒng)Radon變換角度搜索步長的折衷選擇問題。針對實(shí)際應(yīng)用環(huán)境中的雜波、噪聲和測量誤差等影響，通過開發(fā)利用Radon域的幾何信息，分別提出了穩(wěn)健的方法(CSRT、NBRT和ALRT)，既保證了方法的一致性，又從新的角度去考慮問題，創(chuàng)新的提出了有效的解決方法。將三種穩(wěn)健方法CSRT、NBRT和ALRT相結(jié)合，使得聯(lián)合后

8、Radon變換方法(URT)同時(shí)具備三種方法的優(yōu)點(diǎn)，更適合在實(shí)際環(huán)境中應(yīng)用。仿真試驗(yàn)和實(shí)測數(shù)據(jù)處理定性和定量驗(yàn)證了所提方法的有效性，將URT方法用于實(shí)測數(shù)據(jù)處理，取得了較好的估計(jì)效果。
　　4.針對運(yùn)動目標(biāo)方位向速度和多普勒調(diào)頻率估計(jì)由于搜索導(dǎo)致的巨大運(yùn)算量問題，提出了基于分?jǐn)?shù)階Fourier變換的快速估計(jì)方法。該方法通過分析失配結(jié)果邊緣曲線所構(gòu)成的函數(shù)，而該函數(shù)的最優(yōu)值對應(yīng)運(yùn)動目標(biāo)方位向速度和多普勒調(diào)頻率信息。通過兩次分?jǐn)?shù)階Fo

9、urier變換抵消失配結(jié)果邊緣曲線函數(shù)中的常數(shù)項(xiàng)，構(gòu)造分?jǐn)?shù)階Fourier變換角度與運(yùn)動目標(biāo)時(shí)頻角度的關(guān)系，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)方法向速度和多普勒調(diào)頻率的估計(jì)。該方法由于只利用了兩次分?jǐn)?shù)階Fourier變換，避免了由于搜索導(dǎo)致的運(yùn)算量巨大和搜索步長折衷選擇的問題，具有較高的實(shí)時(shí)性。針對SAR系統(tǒng)方位向不滿足奈奎斯特采樣定律的情況，提出了利用壓縮感知高效實(shí)現(xiàn)運(yùn)動目標(biāo)的稀疏成像，該方法利用了所提分?jǐn)?shù)階Fourier變換快速估計(jì)方法的思想，通過三