基于DPCA的SAR地面运动目标检测技术研究

摘要

随着雷达成像技术的不断发展，合成孔径雷达地面动目标检测（SAR-GMTI）已经发展为合成孔径雷达应用的一个重要分支。多通道SAR-GMTI技术由于增加了通道数量，可以获得更多的信息来源，已经继单通道 SAR-GMTI后成为 GMTI研究的主流和热点方向，并在军事情报监视系统中取得了实用性突破。
　　目前已提出的多通道 SAR-GMTI技术主要包括偏置天线相位中心技术（DPCA）、沿航迹干涉合成孔径雷达技术（ATI-SAR）、空时自适应信号处理（STAP）技术以及近几年提出的多输入多输出（MIMO-SAR）技术，其中又以前两项技术的研究最为广泛，后两者虽然理论可行却工程实现困难。到目前为止DPCA和ATI-SAR依然是多通道SAR-GMTI领域最有效可行的解决方案，对其改进、完善的研究工作也从未中断。
　　DPCA和ATI-SAR采用近似相同的数据采集系统，其区别主要在于后端信息处理方式不同，对DPCA和ATI-SAR的研究主要集中在复图像域。复图像域DPCA技术用杂波对消后的幅度信息进行目标检测，ATI-SAR用干涉相位信息进行目标检测。虽然其技术方案很清晰，但是这两种方法涉及的一些理论及技术仍然是不完善的。例如，DPCA和ATI-SAR虽然被同时研究多年，但是它们检测性能的受限因素和相互之间的优缺点至今是模糊的，没有一个统一的认识。另外， ATI-SAR的杂波干涉相位和干涉幅度分布研究早已较为成熟，而杂波DPCA幅度分布还鲜有研究，这就限制了自适应检测在 DPCA检测中的应用。而且由于受到通道失衡、平台偏航等因素的影响，DPCA和ATI-SAR的检测性能并不十分理想，有待进一步改进。
　　基于以上分析，本文首先改进了双通道复数据建模模型，基于此模型详细分析了影响DPCA和ATI-SAR检测性能的限制因素，并对两种方法的检测性能进行了全面的分析对比。其次，从多视和地物均匀性两个方面分析推导了复图像域DPCA杂波统计模型，给出了参数估计方法，使得CFAR检测在DPCA动目标检测中的应用成为可能。最后，基于有目标区域和无目标区域的区域相关性不同，提出了一种“区域相关比”加权 DPCA检测方法，该方法对通道失衡和干涉相位偏移不敏感，仿真实验和实测数据验证均表明该方法检测性能优于传统 DPCA方法。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1研究背景与意义

1.2 研究现状与发展趋势

1.3 论文主要工作与结构安排

第二章 运动目标成像特性分析及多通道SAR-GMTI原理

2.1 引 言

2.2 合成孔径雷达成像原理

2.3 运动目标回波信号特性分析

2.4目标运动对成像结果的影响

2.5运动目标成像仿真

2.6多通道SAR-GMTI原理

2.7本章小结

第三章 DPCA与ATI-SAR理论建模与检测性能分析

3.1 引 言

3.2 SAR-GMTI中SNR、SCR、CNR的定义

3.3 DPCA和ATI-SAR理论建模及受限因素分析

3.4 基于Monte Carlo仿真的DPCA和ATI-SAR检测性能分析对比

3.5 物理成像因素对DPCA和ATI-SAR检测性能的影响

3.6 本章小结

第四章 复图像域DPCA杂波统计建模及CFAR检测

4.1 引 言

4.2 DPCA统计量及杂波统计分类

4.3均匀地物环境DPCA杂波统计建模

4.4 非均匀地物环境DPCA杂波统计建模

4.5 分布模型参数估计

4.6 杂波统计模型有效性实验验证及分析

4.7 基于复图像域DPCA的运动目标 CFAR检测

4.8 本章小结

第五章 区域相关比加权DPCA运动目标检测

5.1 引 言

5.2 干涉相位偏移及通道不平衡对杂波DPCA幅度残留的影响

5.3 杂波区域相关性分析

5.4 区域相关比加权DPCA检测量（WDPCA）构造

5.5 基于仿真数据的WDPCA有效性评估

5.6 基于实测数据的WDPCA有效性验证与评估

5.7 本章小结

第六章 总结与展望

致谢

参考文献

作者在学期间取得的学术成果