分布式衛(wèi)星多相位中心SAR-GMTI技術(shù)研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(SAR)技術(shù)與地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(GMTI)技術(shù)相結(jié)合,可以在獲得高分辨地面場景圖像的同時(shí)完成地面動(dòng)目標(biāo)的檢測及測速定位,具有重要的民用和軍用價(jià)值。相比單通道SAR系統(tǒng),多通道SAR的優(yōu)勢在于可以利用多個(gè)方位自由度有效的抑制主瓣雜波,改善動(dòng)目標(biāo)的檢測性能,因而受到各國學(xué)者的廣泛關(guān)注。本文針對分布式衛(wèi)星多相位中心SAR實(shí)現(xiàn)GMTI功能,開展了關(guān)于沿航跡基線形式確定、時(shí)變混合基線預(yù)處理、與高分辨率寬測繪帶成像兼容設(shè)計(jì)、模糊雜波抑

2、制以及對誤差穩(wěn)健的動(dòng)目標(biāo)參數(shù)估計(jì)等關(guān)鍵技術(shù)研究。主要內(nèi)容包括:
　　1、分析了多通道 SAR系統(tǒng)中多個(gè)相位中心之間可能存在的時(shí)空關(guān)系,以交替收發(fā)模式為例,建立了多通道動(dòng)目標(biāo)信號模型。通過理論推導(dǎo)明確了形成GMTI基線的必備條件,得到如下結(jié)論:不同時(shí)間處于不同方位的兩個(gè)相位中心之間的沿航跡基線,等于以同一時(shí)間基準(zhǔn)對這兩個(gè)相位中心位置進(jìn)行插值后得到的等效位置之間的沿航跡差。該結(jié)論為不同通道構(gòu)成方式下沿航跡基線的確定提供了依據(jù)。通過對比

3、同一系統(tǒng)采用不同天線孔徑劃分和交替收發(fā)方式下的GMTI性能,說明了合理選擇天線孔徑劃分和交替方式對提升GMTI性能的重要性。
　　2、提出了分布式衛(wèi)星SAR-GMTI系統(tǒng)時(shí)變、混合基線的預(yù)處理方法。針對分布式衛(wèi)星系統(tǒng)中星間基線時(shí)變導(dǎo)致SAR圖像對相干性下降的問題,從分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)的觀測幾何構(gòu)型出發(fā),采用總體最小二乘法擬合航跡方程,并依據(jù)方程參數(shù)重構(gòu)虛擬的新平行航跡。通過補(bǔ)償原航跡和新航跡上的觀測波程差,獲得等效的固定基線回波

4、數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上,針對分布式衛(wèi)星SAR系統(tǒng)中混合基線和雷達(dá)斜視導(dǎo)致沿航跡基線難以精確計(jì)算的問題,推導(dǎo)了存在混合基線和斜視情況下沿航跡基線的計(jì)算公式,提出了基于星歷和回波數(shù)據(jù)的沿航跡基線計(jì)算方法。仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,時(shí)變基線補(bǔ)償后,能有效提高動(dòng)目標(biāo)檢測性能;用所提方法計(jì)算得到的沿航跡基線長度作為測速定位的基線參數(shù),可以獲得高精度的測速定位結(jié)果。
　　3、采用方位多通道抑制多普勒模糊是實(shí)現(xiàn)高分辨率寬測繪帶(HRWS)成像的有效方式,如果

5、這些自由度用于主瓣雜波抑制則可以實(shí)現(xiàn) GMTI功能。因此,在多通道SAR系統(tǒng)中,有望實(shí)現(xiàn)兩種模式的兼容工作。但此時(shí)GMTI性能會(huì)受到方位降采樣引起的多普勒模糊的影響。為分析這一影響,推導(dǎo)了存在多普勒模糊下的雜波和動(dòng)目標(biāo)的信號形式,給出了系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)計(jì)考慮。結(jié)合盲速、空域模糊和動(dòng)目標(biāo)積累損失等因素,重點(diǎn)討論了在多普勒模糊情況下,脈沖重復(fù)頻率(PRF)對GMTI性能的影響,并給出了一個(gè)PRF的優(yōu)化選擇仿真示例。根據(jù)理論分析和仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以

6、得到一個(gè)選擇PRF的重要原則,即應(yīng)避免抑制模糊雜波的凹口因?yàn)榭沼蚰：刍刂粮信d趣速度區(qū)間。實(shí)測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果驗(yàn)證了理論分析的正確性。
　　4、提出了多特征聯(lián)合挑選樣本的多通道 SAR模糊雜波抑制方法。針對強(qiáng)弱對比明顯的非均勻場景中模糊強(qiáng)雜波的抑制問題,分析推導(dǎo)了模糊雜波的多通道導(dǎo)向矢量,以鄰近強(qiáng)陸地雜波的近岸水面區(qū)域?yàn)槔?建立了SAR圖像域多通道信號模型。以模糊雜波導(dǎo)向的推導(dǎo)結(jié)果和建立的模型為依據(jù),聯(lián)合模糊雜波的幅度/相位直方圖

7、統(tǒng)計(jì)特性和邊緣檢測挑選訓(xùn)練樣本,并采用自適應(yīng)匹配濾波方法抑制雜波。仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了所提方法的有效性。
　　5、實(shí)際處理環(huán)境中,圖像配準(zhǔn)誤差和通道相位誤差不可避免,這將導(dǎo)致多通道SAR-GMTI處理時(shí)動(dòng)目標(biāo)徑向速度估計(jì)和定位精度下降。針對這一問題,提出了基于自適應(yīng)數(shù)據(jù)重構(gòu)和子空間投影的動(dòng)目標(biāo)徑向速度估計(jì)方法。在聯(lián)合像素信號模型下,利用抑制雜波的維納權(quán)矢量自適應(yīng)重構(gòu)包含動(dòng)目標(biāo)單元的多通道數(shù)據(jù),再采用子空間投影算法從重構(gòu)的包含動(dòng)目標(biāo)的單次