運(yùn)動目標(biāo)檢測、成像與參數(shù)估計(jì)方法研究.pdf

1、運(yùn)動目標(biāo)探測是雷達(dá)系統(tǒng)的最重要功能之一。提高動目標(biāo)檢測性能，主要依賴于兩點(diǎn):一是有效地抑制雜波，二是對目標(biāo)進(jìn)行有效地聚焦。借助多個天線的自由度信息能夠有效地實(shí)現(xiàn)雜波抑制，這樣，如何提高各天線通道的一致性以及更加有效的雜波抑制算法就成為動目標(biāo)檢測的重要內(nèi)容之一。隨著動目標(biāo)探測技術(shù)研究的不斷深入和發(fā)展，實(shí)現(xiàn)動目標(biāo)檢測的同時估計(jì)得到目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)及位置和目標(biāo)的SAR成像也成為重要的系統(tǒng)要求和研究內(nèi)容。
　　本論文主要圍繞兩方面內(nèi)容進(jìn)行了

2、相關(guān)研究:一是提高目標(biāo)檢測性能的方法:如何有效抑制雜波以及如何對目標(biāo)進(jìn)行良好聚焦;二是在目標(biāo)檢測后，如何有效估計(jì)目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)，具體如下:
　　1.多通道SAR-GMTI通道均衡及動目標(biāo)檢測定位方法
　　通道一致性問題是實(shí)現(xiàn)多通道SAR-GMTI系統(tǒng)雜波抑制和動目標(biāo)檢測的關(guān)鍵問題。針對多通道SAR-GMTI系統(tǒng)，提出了一種新的通道均衡方法和基于該均衡的動目標(biāo)檢測、定位方法。該方法先利用泄漏信號進(jìn)行電路中信號均衡，后進(jìn)行通道間

3、快時間和慢時間校準(zhǔn)并在距離壓縮后通過迭代補(bǔ)償通道差異，再經(jīng)雜波對消和方位壓縮實(shí)現(xiàn)動目標(biāo)檢測，最后通過估計(jì)動目標(biāo)多普勒偏移的方法完成參數(shù)估計(jì)。該通道均衡方法不需要天線參數(shù)、平臺運(yùn)動參數(shù)等先驗(yàn)信息，避免了圖像配準(zhǔn)過程和自適應(yīng)雜波相消處理，因而計(jì)算量小，易于實(shí)現(xiàn)。實(shí)測數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該方法雜波對消比能夠達(dá)到20dB，檢測和定位性能好。
　　2.基于總體最小二乘的多通道SAR-GMTI方法
　　針對多通道SAR-GMTI處理中噪聲導(dǎo)

4、致雜波相關(guān)性差而使雜波抑制性能降低的問題，提出了一種基于總體最小二乘的SAR-GMTI方法。該方法利用檢測單元周圍的相鄰像素雜波信息在整體最小二乘意義下擬合檢測單元雜波特性，消除了噪聲影響，提高了多個通道雜波之間的相關(guān)性，改善了雜波抑制性能，而且該方法具有很好的通道誤差穩(wěn)健性，仿真數(shù)據(jù)處理和實(shí)測數(shù)據(jù)處理驗(yàn)證了該方法的有效性。
　　3.多通道SAR多目標(biāo)高概率檢測與高精度成像方法
　　在多通道SAR-GMTI系統(tǒng)中，目標(biāo)運(yùn)動會

5、導(dǎo)致目標(biāo)的越距離單元走動和方位調(diào)頻率偏移。由于目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)未知，傳統(tǒng)的SAR-GMTI處理方法利用靜止場景參數(shù)對目標(biāo)進(jìn)行聚焦，這會導(dǎo)致目標(biāo)散焦、檢測概率下降等問題。另外，傳統(tǒng)的方法只能在目標(biāo)檢測并進(jìn)行目標(biāo)逐一提取以后逐一對目標(biāo)進(jìn)行參數(shù)估計(jì)，這將帶來很大的運(yùn)算復(fù)雜度。針對這些問題，本論文提出了一種不需要動目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)等先驗(yàn)知識的多目標(biāo)高概率檢測和成像方法。該方法首先利用Keystone變換和相位補(bǔ)償濾波器組消除目標(biāo)距離走動，后利用LVD

6、變換對多個目標(biāo)在LVD平面同時進(jìn)行聚焦。在該平面對目標(biāo)進(jìn)行目標(biāo)檢測后，可以得到這些目標(biāo)的多普勒調(diào)頻率，最后可以實(shí)現(xiàn)目標(biāo)SAR成像。實(shí)測數(shù)據(jù)處理證明該方法能夠克服目標(biāo)越距離單元走動和調(diào)頻率偏移導(dǎo)致的散焦問題，從而有效提高了動目標(biāo)的檢測概率。
　　4.機(jī)載雙基正側(cè)陣?yán)走_(dá)雜波抑制方法
　　機(jī)載雙基雷達(dá)收發(fā)分置的雙基結(jié)構(gòu)使雜波二維分布呈現(xiàn)距離依賴性，導(dǎo)致空時自適應(yīng)處理很難得到獨(dú)立同分布的距離樣本來估計(jì)雜波統(tǒng)計(jì)特性，因而雜波抑制性能很

7、差。針對此問題，提出了利用MIMO或者重疊子陣交替發(fā)射的機(jī)載雙基正側(cè)陣?yán)走_(dá)雜波抑制方法。這兩種方法利用發(fā)射端空間自由度信息使機(jī)載雙基正側(cè)陣?yán)走_(dá)的雜波脊落在發(fā)射和接收空間頻率以及多普勒頻率構(gòu)成的三維頻率空間的一個平面上，并且目標(biāo)通常具有一定徑向速度而不落在該平面。由于該雜波平面具有距離平穩(wěn)性，這保證了空時自適應(yīng)處理可以有效地抑制該雜波平面，進(jìn)而能夠有效抑制距離非平穩(wěn)雜波。
　　5.運(yùn)動目標(biāo)空時參數(shù)快速估計(jì)方法
　　常規(guī)的運(yùn)動目

8、標(biāo)空時參數(shù)估計(jì)方法需要參數(shù)精細(xì)搜索，估計(jì)精度和搜索的步長有關(guān)，計(jì)算量很大。針對此問題，提出了兩種目標(biāo)空時參數(shù)快速估計(jì)方法:基于多項(xiàng)式求根的目標(biāo)空時參數(shù)最大似然估計(jì)方法利用目標(biāo)所在頻率附近的3個頻率通道的導(dǎo)向矢量做自適應(yīng)濾波得到3個不同的自適應(yīng)權(quán)矢量和輸出響應(yīng)，用多項(xiàng)式求根方法估計(jì)得到目標(biāo)的空時頻率;基于二階多項(xiàng)式擬合的目標(biāo)空時參數(shù)最大似然估計(jì)算法利用對目標(biāo)頻率濾波后響應(yīng)主瓣附近的三個頻率的輸出，進(jìn)行二階多項(xiàng)式擬合，通過求解極值得到目標(biāo)空