多相位中心接收SAR-GMTI技術(shù)研究.pdf

1、1971年R.Keith.Raney首次在他發(fā)表的論文中指出地面慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)對(duì)單天線合成孔徑雷達(dá)（SAR）的圖像質(zhì)量有影響，從那時(shí)起30 余年來(lái)各國(guó)學(xué)者對(duì)地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題進(jìn)行了各個(gè)方面的研究，但真正認(rèn)識(shí)到將SAR與地面動(dòng)目標(biāo)指示（GMTI）結(jié)合起來(lái)的重要性，應(yīng)該是上世紀(jì)九十年代初，美軍展示的E8A 偵察樣機(jī)JSTARS在海灣戰(zhàn)爭(zhēng)中的優(yōu)異表現(xiàn)。從那時(shí)起，國(guó)內(nèi)的高校和科研院所在各種背景項(xiàng)目的支持下，開(kāi)展了不同程度的預(yù)研，取得了一定成果，但

2、SAR/GMTI 研究的實(shí)踐性非常強(qiáng)，其理論成果需要大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加以證實(shí)。在過(guò)去，由于國(guó)內(nèi)沒(méi)有這種體制的雷達(dá)，許多研究都是基于仿真數(shù)據(jù)的結(jié)果，或通過(guò)其它渠道獲得的少量國(guó)外數(shù)據(jù)（如美國(guó)的MCARM數(shù)據(jù)），從而限制了研究的進(jìn)一步深入。近年來(lái)，隨著各種新體制SAR 預(yù)研工作的開(kāi)展，GMTI大多成為要求它們必有的功能之一，人們意識(shí)到對(duì)GMTI的研究工作不能再停留在紙上談兵的階段。在國(guó)內(nèi)，華東電子工程研究所（電子38 所）首次實(shí)現(xiàn)了多通道SAR

3、/GMTI多模戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)試驗(yàn)樣機(jī)的飛行試驗(yàn)，錄取了多種工作模式大量的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)，本文的研究工作正是利用該試驗(yàn)樣機(jī)在GMTI 模式下獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行的，各章內(nèi)容概述如下：
　　 第一章是緒論，通過(guò)對(duì)國(guó)內(nèi)外SAR/GMTI雷達(dá)發(fā)展歷程的綜述，揭示了動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的基本問(wèn)題；給出了本文的主要研究?jī)?nèi)容，論文的創(chuàng)新點(diǎn)和結(jié)構(gòu)安排。
　　 第二章論述了相位中心偏置天線（DPCA）、自適應(yīng)DPCA（ADPCA）、沿航跡向干涉（ATI）、雜波抑

4、制干涉（CSI）和空時(shí)自適應(yīng)處理（STAP）這幾種適用于多通道接收動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)處理的方法，比較了它們各自的優(yōu)缺點(diǎn)并對(duì)適用性作出分析。通過(guò)對(duì)地面動(dòng)目標(biāo)最小可檢測(cè)速度（MDV）的分析，得出了雙通道（天線）接收GMTI處理的MDV要比單通道的MDV小4倍的結(jié)論。
　　 第三章研究機(jī)載三通道SAR/GMTI在“廣域GMTI”和“同時(shí)SAR/GMTI”模式下的信號(hào)處理方法。對(duì)處理過(guò)程中的ADPCA最佳權(quán)值的計(jì)算、通道間的相位補(bǔ)償和雜波對(duì)消、

5、信號(hào)的相參積累、動(dòng)目標(biāo)多普勒頻率的估計(jì)、CFAR檢測(cè)、動(dòng)目標(biāo)定位、徑向速度估計(jì)、性能分析等環(huán)節(jié)進(jìn)行了詳細(xì)論述，對(duì)部分環(huán)節(jié)提出了符合工程應(yīng)用的近似簡(jiǎn)化，并對(duì)近似引起的誤差進(jìn)行了可行性分析。針對(duì)影響地雜波對(duì)消和動(dòng)目標(biāo)定位精度的問(wèn)題，處理時(shí)運(yùn)用數(shù)據(jù)預(yù)處理、MTD處理和解動(dòng)目標(biāo)方位模糊三項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)予以解決。提出在雜波對(duì)消后采用基于有序統(tǒng)計(jì)的VI-CFAR器進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，以消除GMTI對(duì)消后空間雜波剩余的分布不均勻和多普勒特性各不相同帶來(lái)的影響

6、。兩種動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)模式均分別用計(jì)算機(jī)仿真驗(yàn)證了處理方法的有效性。
　　 第四章主要研究SAR/GMTI半實(shí)物仿真測(cè)試平臺(tái)的構(gòu)建方法，推導(dǎo)了仿真用的回波信號(hào)模型，用逐點(diǎn)疊加法和二維卷積法分別對(duì)點(diǎn)目標(biāo)和面目標(biāo)進(jìn)行仿真；通過(guò)對(duì)半實(shí)物仿真測(cè)試平臺(tái)采集到真實(shí)數(shù)據(jù)的分析，給出了對(duì)系統(tǒng)性能評(píng)估的內(nèi)容、步驟、方法和結(jié)果。
　　 第五章詳細(xì)、深入的研究了寬帶系統(tǒng)I、Q通道校正和通道間幅相均衡校正的處理方法。從對(duì)點(diǎn)頻信號(hào)的鏡頻分析入手，揭示了

7、寬帶線性調(diào)頻（LFM）信號(hào)的鏡像頻譜具有對(duì)稱性的特點(diǎn)，為了能有效地觀察到線性調(diào)頻信號(hào)的鏡像頻譜，本文提出了“時(shí)域切分”的觀點(diǎn)，并據(jù)此給出了三種針對(duì)寬帶雷達(dá)鏡像處理和評(píng)估的方法，即幅度不變校正法、鏡像切除法和歸一化校正法。針對(duì)通道間幅相不均衡給GMTI處理帶來(lái)不利影響這一棘手問(wèn)題，論文結(jié)合實(shí)際多通道接收系統(tǒng)，提出了一套從雷達(dá)前端有源相控陣天線內(nèi)的T/R組件到多通道接收機(jī)末級(jí)的完整解決方案，通過(guò)天線自動(dòng)校正和通道間接收信號(hào)的均衡校正，在實(shí)測(cè)

8、數(shù)據(jù)的處理中取得了良好的效果，所提供的通道均衡處理方法對(duì)InSAR、多波段SAR、多極化SAR、寬觀測(cè)帶SAR的通道均衡均具有較大的實(shí)用價(jià)值。
　　 第六章主要是處理從試驗(yàn)用三通道機(jī)載SAR/GMTI多模戰(zhàn)場(chǎng)偵察雷達(dá)采集到的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。提出了一種基于改進(jìn)能量峰值法的多普勒中心估計(jì)，其目的是避免受強(qiáng)反射點(diǎn)目標(biāo)的影響，而導(dǎo)致多普勒中心估計(jì)不準(zhǔn)。實(shí)時(shí)處理的多普勒調(diào)頻率估計(jì)則根據(jù)不同場(chǎng)景采用子圖相關(guān)和最大對(duì)比度相結(jié)合的混合式方法。在SAR

9、成像方面，為適應(yīng)實(shí)時(shí)條帶成像處理，對(duì)RD算法進(jìn)行了必要的改進(jìn)；結(jié)合試驗(yàn)雷達(dá)具有方位向電掃功能的特點(diǎn)，將聚束成像通過(guò)解調(diào)函數(shù)Dechirp處理后轉(zhuǎn)為條帶成像，通過(guò)增加掃描波位駐留脈沖的方式提高合成孔徑時(shí)間內(nèi)的分辨率。在GMTI處理方面，給出了對(duì)“同時(shí)SAR/GMTI”模式處理后獲得三個(gè)通道的子圖像，通道間對(duì)消后的殘差子圖像，對(duì)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)處理中點(diǎn)跡過(guò)濾、凝聚和參數(shù)估計(jì)的方法和準(zhǔn)則進(jìn)行了論述，對(duì)合作目標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行了定量分析，同時(shí)提供了對(duì)鄉(xiāng)