合成孔径雷达快速动目标成像与参数估计

摘要

随着科技的不断发展和我国军民融合在科技领域的迅速推进，合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)动目标成像技术正不断地应用在军事及民用的各个领域。对于具有大径向速度的动目标而言，多普勒模糊现象的出现使得成像过程更为复杂，因此传统的成像方法无法有效地对快速动目标进行精确成像。本文重点对具有大径向速度的快速动目标成像技术进行了相关研究，主要内容包含以下几个方面： 首先，构建了机载雷达与地面动目标的几何结构模型，根据电磁波传播原理，雷达传感器与目标的相对运动，分别构造了静止目标以及运动目标的回波信号表达式。通过对比，揭示出不同的运动目标参数对雷达回波信号的影响，并对回波信号的距离徙动参数和多普勒参数相关项进行了具体分析。 其次，分析了现有算法中广泛使用的距离走动较正算法，包括Keystone变换，Hough变换和Radon变换，并分析了各种方法的优缺点。为了减小计算复杂度，本文研究并提出了一种新颖的基于梯度的斜率估计算法，通过构造匹配滤波函数完成动目标距离走动分量的校正。该算法可以在实现精确的参数估计的同时，大量的节省计算时间。经仿真实验验证，该算法适用于实时SAR成像系统。 最后，解决了方位向的多普勒调频率估计问题。由于雷达观测区域中会存在多个目标，而且部分目标位置相邻，这种情况下，雷达回波信号是一个多分量线性调频(Linear Frequency Modulated,LFM)信号。因此，本文采用吕分布(Lv’s Distribution,LVD)时频分析算法来估计信号的多普勒调频率，该算法可以不受交叉项的干扰，在分析多分量LFM信号的参数时性能表现优越，相比于传统的时频分析方法能够获得旁瓣更低的聚焦图像。最后的仿真实验证明，相较于传统的成像算法，本文所提成像算法能够得到聚焦效果更佳的图像。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 SAR研究背景及动目标检测意义

1.2 机载SAR系统国内外研究历史及现状

1.3 SAR动目标成像算法研究进展

1.4 本文研究内容和结构安排

第二章 SAR成像理论及回波信号分析

2.1机载合成孔径雷达成像原理

2.2.1动目标回波模型

2.2.2动目标和静止目标回波对比分析

2.2.3 基于距离多普勒（RD）算法的SAR成像流程

2.3机载SAR动目标成像关键技术分析

2.3.1 距离徙动参数分析

2.3.2 多普勒参数分析

2.4 本章小结

第三章 距离走动校正算法

3.1 基于Keystone变换的距离走动校正

3.2 基于斜率估计的距离走动校正算法

3.2.1基于Hough变换的距离走动校正

3.2.2基于Radon变换的距离走动校正

3.3一种新颖的基于梯度的动目标轨迹斜率估计算法

3.3.1算法原理

3.3.2算法流程

3.4三种斜率估计算法的比较

3.5 本章小结

第四章 基于时频分析的SAR动目标成像算法

4.1 基于时频分析的参数估计算法

4.2 基于LVD的多普勒调频率估计

4.2.1 距离徙动校正

4.2.2多普勒参数估计

4.3 本章小结

第五章 总结与展望

5.1本文的主要工作和创新点

5.2展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表的论文与其他科研成果

致谢