机/星载远距离SAR动目标信号处理方法研究

摘要

合成孔径雷达地面运动目标检测（SAR-GMTI）具备全天时、全天候和远距离工作的优势，同时综合了运动目标检测、成像和定位处理的能力，在广域监视、战场侦察等军事领域具有重要应用价值。然而受自身运动的影响，运动目标回波信号难以实现相干积累，特别是在SAR平台远距离工作、目标积累时间较长的情况下，运动参数导致动目标成像散焦严重，散焦造成的的低信杂噪比给运动目标检测、运动目标参数估计以及后续的成像、定位处理都带来了很大的困难。
　　本文深入分析国内外 SAR-GMTI处理研究新进展，以提高运动目标检测性能和定位精度为宗旨，紧密结合工程应用，对机载远距离SAR动目标检测、成像和定位处理中的关键问题展开研究，并围绕着国家重大基础研究项目要求，对地球同步轨道SAR舰船目标检测进行探索研究。论文内容可概括为如下四个部分：
　　1.在发射功率允许的情况下，可以通过提高机载 SAR作用距离获取较大的场景幅宽，在载机速度和波束宽度不变的前提下，作用距离的提高意味着合成孔径时间的增长，长合成孔径时间有利于动目标的积累，但是由于自身运动的影响，动目标信号难以实现相干积累，动目标成像结果在SAR图像中是散焦的，图像散焦必然造成检测性能的下降。针对上述问题，第二章提出了一种利用幅度差分处理实现的机载远距离SAR动目标检测方法，首先通过方位滑窗积累距离向聚焦目标的信号幅度，然后对其进行差分处理实现目标检测，最后对检测到的目标进行重聚焦实现动目标确认。实测数据处理结果验证了所提方法的有效性。
　　2.散焦的动目标信号不仅影响动目标检测性能，同时影响多通道干涉相位估计精度，干涉相位是动目标测速和定位的关键，在远作用距离条件下，很小的干涉相位误差将造成动目标较大的定位误差。第三章针对机载远距离SAR动目标成像和定位问题，提出了基于瞬时干涉的处理方法。动目标信号经检测、提取后，在方位时域进行瞬时干涉处理，并通过迭代方法提高瞬时干涉相位精度，然后利用高精度的瞬时干涉相位并结合径向速度解模糊方法估计得到动目标等效径向速度，最后利用动目标等效径向速度进行后续的成像和定位处理。瞬时干涉克服了传统干涉处理受动目标散焦的影响，实测数据处理结果表明该方法能够实现动目标成像和精确定位。
　　3.地球同步轨道SAR通过提高轨道高度突破了低轨SAR卫星的应用瓶颈，能够实现星载SAR全球覆盖和不间断观测能力，这也使得地球同步轨道SAR具备大面积海洋观测的先天优势。围绕GEOSAR海洋舰船目标检测研究，第三章首先进行了基本的系统参数设计分析，然后针对GEOSAR的超长合成孔径时间提出了舰船目标子孔径检测方法，子孔径检测不仅能够降低卫星和舰船目标相对运动的复杂性，也使得舰船目标检测具备时效性，而且根据雷达方程分析和实测数据验证，证明了一定范围内的子孔径划分不会影响舰船目标检测信噪比积累。最后分别根据舰船目标径向速度导致的多普勒频谱偏移和成像位置偏移对子孔径频域成像算法和BP成像算法进行了分析。
　　4.地球同步轨道 SAR子孔径时间内，舰船目标仍然是运动的，运动就会导致斜距历程相对舰船目标静止时的变化，SAR成像处理都是针对静止目标而言的，在运动参数未知的条件下，GEOSAR舰船目标子孔径成像结果同样会出现散焦现象，散焦将导致舰船目标检测信噪比的损失，从而影响检测性能，损失的信噪比可以通过系统设计补偿。第五章围绕GEOSAR舰船目标检测信噪比研究，具体分析了舰船目标平动以及转动造成的散焦影响，并定量计算了不同条件下散焦带来的信噪比损失，为通过系统设计补偿这一部分信噪比损失并提高舰船目标检测性能提供了依据。

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第一章 绪论

1.1研究背景与意义

1.2典型SAR-GMTI系统

1.3本文研究内容及安排

第二章 基于差分处理的机载远距离SAR动目标检测方法

2.1引言

2.2机载远距离SAR动目标信号统一处理

2.3基于差分处理的动目标检测方法

2.4本章小结

第三章 基于瞬时干涉的多通道机载远距离SAR动目标成像和定位方法

3.1引言

3.2机载三通道SAR-GMTI回波信号模型

3.3动目标成像和定位方法

3.4 ECV迭代估计方法

3.5实测数据处理及讨论

3.6本章小结

第四章 GEOSAR舰船目标检测系统参数设计方法

4.1引言

4.2 GEOSAR舰船目标检测系统参数设计

4.3 GEOSAR舰船目标检测最优子孔径划分

4.4 GEOSAR舰船目标检测子孔径成像方法

4.5本章小结

第五章 GEOSAR舰船目标检测运动影响分析

5.1引言

5.2舰船目标平动分析

5.3舰船目标转动分析

5.4舰船目标运动对检测信噪比积累影响分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

附录

参考文献

致谢

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