多波段-多波形新體制SAR運動目標.pdf

1、合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar，SAR)具有遠作用距離、寬測繪帶、全天時和全天候對地高分辨二維成像的能力，將 SAR技術與地面運動目標指示(Ground Moving Target Indication，GMTI)技術結合，可以兼具地面場景高分辨成像和地面運動目標指示的能力，從而可以更全面地監(jiān)視所觀測的場景信息，準確地把握觀測場景的態(tài)勢變化，以做出最有利的決策。因此，SAR-GMTI技術在戰(zhàn)場監(jiān)視和地面交

2、通監(jiān)管等領域中發(fā)揮著越來越重要的作用。但是，目前傳統(tǒng)基于線性調頻脈沖信號的單波段單通道/多通道SAR-GMTI技術趨于成熟，為了滿足不同軍事與民用應用中的目標檢測和抗干擾等任務需求，多波段、多波形等新體制的SAR-GMTI系統(tǒng)逐漸出現。然而，新體制的SAR-GMTI在系統(tǒng)組成、發(fā)射波形和信號處理等方面有別于傳統(tǒng)的基于線性調頻脈沖信號單波段SAR-GMTI，因此，新體制SAR-GMTI在地面運動目標檢測與成像的理論研究及其應用中將面臨一些

3、問題與挑戰(zhàn)。本文將針對具體的多波段單通道SAR體制、調頻率連續(xù)波SAR體制及頻率分集陣列SAR體制下的動目標檢測與成像問題進行了深入研究，并提出一系列解決方法，主要工作包括以下內容：
　　1.作為本論文的研究基礎，文中對SAR-GMTI的基本原理進行了論述與分析。首先，分析了幾種典型的SAR工作模式及其優(yōu)點；然后，建立了三通道運動目標信號模型，對地面靜止目標和運動目標成像進行了理論推導和仿真分析，并研究了運動目標的方位 Dechi

4、rp處理方法；其次，對常用的多通道 SAR運動目標檢測方法進行論述；最后，分析了SAR-GMTI的主要處理步驟，為后續(xù)多波段/多波形新體制下的SAR-GMTI論述提供理論基礎。
　　2.分析了傳統(tǒng)的單通道 SAR系統(tǒng)與多通道 SAR系統(tǒng)在動目標檢測方面的局限性，結合多波段單通道SAR系統(tǒng)，提出一種多波段單通道SAR的動目標檢測方法。首先，建立了多波段單通道 SAR-GMTI幾何模型。然后，闡述了多波段單通道SAR-GMTI雜波抑制

5、和運動目標的檢測、參數估計、成像與定位等信號處理方法。最后，分析了運動目標檢測中存在的速度盲區(qū)的問題，通過建立非線性的數學優(yōu)化模型，提出了基于遺傳算法的多波段單通道 SAR-GMTI系統(tǒng)參數優(yōu)化設計方法。該方法大幅度地減小可檢測速度盲區(qū)，提升了目標可檢測速度范圍，進而有效地提高了波段的利用率和運動目標的檢測概率。
　　3.針對調頻連續(xù)波(Frequency Modulated Continuous Wave，FMCW)SAR中快速

6、運動目標回波存在較大的距離徙動、頻譜分裂，進而造成快速運動目標難以檢測與成像的難題，提出了一種基于DPCA技術與方位去斜技術相結合的FMCW-SAR快速運動目標檢測與成像新方法。首先，介紹了調頻連續(xù)波SAR的工作原理及特點，建立了調頻連續(xù)波 SAR-GMTI幾何模型，并對 FMCW-SAR體制下的運動目標的回波信號進行分析。然后，結合多普勒頻移補償和偏置相位天線(Displaced Phase Center Antenna, DPCA)

7、等技術完成運動目標的檢測與粗成像。其次，針對連續(xù)波體制下快速運動目標出現的多普勒譜分裂問題，在對運動參數未知時的快速動目標成像問題進行分析的基礎上，通過對快速動目標進行多普勒頻移補償、方位去斜、Keystone變換和模糊數估計等聯(lián)合處理，提出了一種有效的FMCW-SAR體制下快速運動目標檢測與成像方法。該方法有效地提高了運動目標的信雜噪比和檢測概率，并具有對場景中模糊數相同的多個運動目標同時檢測與成像的特點。最后，通過仿真實驗驗證了新的

8、FMCW-SAR體制下快速運動目標檢測與成像方法的有效性。
　　4.常規(guī)SAR-GMTI技術主要考慮靜止雜波對運動目標檢測的影響，當場景中存在欺騙干擾時，欺騙式干擾將嚴重影響真實運動目標的檢測與標定。針對上述問題，提出了一種具有欺騙式干擾抑制能力的頻率分集陣列(Frequency Diverse Array, FDA)SAR運動目標檢測方法。首先，建立了頻率分集陣列合成孔徑雷達模型，并對其特性及FDA-SAR成像原理進行了分析。然

9、后，在分析FDA-SAR體制下距離-角度域信號的二維分布特性的基礎上，提出了頻率分集陣列SAR欺騙干擾抑制方法，該方法綜合利用回波信號的距離、方位和空間角度信息對欺騙式干擾進行抑制，有效地降低了在干擾抑制過程中造成SAR圖像質量下降的問題。其次，基于DPCA技術進行地面雜波抑制，完成了對真實運動目標的檢測與定位。最后，仿真實驗表明，所提出的基于FDA-SAR的運動目標檢測方法可以有效地抑制了欺騙干擾和雜波，準確地檢測運動目標，提高了復雜