多波段-多波形新體制SAR運(yùn)動(dòng)目標(biāo).pdf

1、合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar，SAR)具有遠(yuǎn)作用距離、寬測(cè)繪帶、全天時(shí)和全天候?qū)Φ馗叻直娑S成像的能力，將 SAR技術(shù)與地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示(Ground Moving Target Indication，GMTI)技術(shù)結(jié)合，可以兼具地面場(chǎng)景高分辨成像和地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)指示的能力，從而可以更全面地監(jiān)視所觀測(cè)的場(chǎng)景信息，準(zhǔn)確地把握觀測(cè)場(chǎng)景的態(tài)勢(shì)變化，以做出最有利的決策。因此，SAR-GMTI技術(shù)在戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和地面交

2、通監(jiān)管等領(lǐng)域中發(fā)揮著越來越重要的作用。但是，目前傳統(tǒng)基于線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的單波段單通道/多通道SAR-GMTI技術(shù)趨于成熟，為了滿足不同軍事與民用應(yīng)用中的目標(biāo)檢測(cè)和抗干擾等任務(wù)需求，多波段、多波形等新體制的SAR-GMTI系統(tǒng)逐漸出現(xiàn)。然而，新體制的SAR-GMTI在系統(tǒng)組成、發(fā)射波形和信號(hào)處理等方面有別于傳統(tǒng)的基于線性調(diào)頻脈沖信號(hào)單波段SAR-GMTI，因此，新體制SAR-GMTI在地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像的理論研究及其應(yīng)用中將面臨一些

3、問題與挑戰(zhàn)。本文將針對(duì)具體的多波段單通道SAR體制、調(diào)頻率連續(xù)波SAR體制及頻率分集陣列SAR體制下的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像問題進(jìn)行了深入研究，并提出一系列解決方法，主要工作包括以下內(nèi)容：
　　1.作為本論文的研究基礎(chǔ)，文中對(duì)SAR-GMTI的基本原理進(jìn)行了論述與分析。首先，分析了幾種典型的SAR工作模式及其優(yōu)點(diǎn)；然后，建立了三通道運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信號(hào)模型，對(duì)地面靜止目標(biāo)和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像進(jìn)行了理論推導(dǎo)和仿真分析，并研究了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的方位 Dechi

4、rp處理方法；其次，對(duì)常用的多通道 SAR運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法進(jìn)行論述；最后，分析了SAR-GMTI的主要處理步驟，為后續(xù)多波段/多波形新體制下的SAR-GMTI論述提供理論基礎(chǔ)。
　　2.分析了傳統(tǒng)的單通道 SAR系統(tǒng)與多通道 SAR系統(tǒng)在動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方面的局限性，結(jié)合多波段單通道SAR系統(tǒng)，提出一種多波段單通道SAR的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法。首先，建立了多波段單通道 SAR-GMTI幾何模型。然后，闡述了多波段單通道SAR-GMTI雜波抑制

5、和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)、成像與定位等信號(hào)處理方法。最后，分析了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)中存在的速度盲區(qū)的問題，通過建立非線性的數(shù)學(xué)優(yōu)化模型，提出了基于遺傳算法的多波段單通道 SAR-GMTI系統(tǒng)參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法大幅度地減小可檢測(cè)速度盲區(qū)，提升了目標(biāo)可檢測(cè)速度范圍，進(jìn)而有效地提高了波段的利用率和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)概率。
　　3.針對(duì)調(diào)頻連續(xù)波(Frequency Modulated Continuous Wave，F(xiàn)MCW)SAR中快速

6、運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波存在較大的距離徙動(dòng)、頻譜分裂，進(jìn)而造成快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)難以檢測(cè)與成像的難題，提出了一種基于DPCA技術(shù)與方位去斜技術(shù)相結(jié)合的FMCW-SAR快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像新方法。首先，介紹了調(diào)頻連續(xù)波SAR的工作原理及特點(diǎn)，建立了調(diào)頻連續(xù)波 SAR-GMTI幾何模型，并對(duì) FMCW-SAR體制下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)進(jìn)行分析。然后，結(jié)合多普勒頻移補(bǔ)償和偏置相位天線(Displaced Phase Center Antenna, DPCA)

7、等技術(shù)完成運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與粗成像。其次，針對(duì)連續(xù)波體制下快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)出現(xiàn)的多普勒譜分裂問題，在對(duì)運(yùn)動(dòng)參數(shù)未知時(shí)的快速動(dòng)目標(biāo)成像問題進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，通過對(duì)快速動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行多普勒頻移補(bǔ)償、方位去斜、Keystone變換和模糊數(shù)估計(jì)等聯(lián)合處理，提出了一種有效的FMCW-SAR體制下快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法。該方法有效地提高了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的信雜噪比和檢測(cè)概率，并具有對(duì)場(chǎng)景中模糊數(shù)相同的多個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)同時(shí)檢測(cè)與成像的特點(diǎn)。最后，通過仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了新的

8、FMCW-SAR體制下快速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)與成像方法的有效性。
　　4.常規(guī)SAR-GMTI技術(shù)主要考慮靜止雜波對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的影響，當(dāng)場(chǎng)景中存在欺騙干擾時(shí)，欺騙式干擾將嚴(yán)重影響真實(shí)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與標(biāo)定。針對(duì)上述問題，提出了一種具有欺騙式干擾抑制能力的頻率分集陣列(Frequency Diverse Array, FDA)SAR運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法。首先，建立了頻率分集陣列合成孔徑雷達(dá)模型，并對(duì)其特性及FDA-SAR成像原理進(jìn)行了分析。然

9、后，在分析FDA-SAR體制下距離-角度域信號(hào)的二維分布特性的基礎(chǔ)上，提出了頻率分集陣列SAR欺騙干擾抑制方法，該方法綜合利用回波信號(hào)的距離、方位和空間角度信息對(duì)欺騙式干擾進(jìn)行抑制，有效地降低了在干擾抑制過程中造成SAR圖像質(zhì)量下降的問題。其次，基于DPCA技術(shù)進(jìn)行地面雜波抑制，完成了對(duì)真實(shí)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)與定位。最后，仿真實(shí)驗(yàn)表明，所提出的基于FDA-SAR的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法可以有效地抑制了欺騙干擾和雜波，準(zhǔn)確地檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，提高了復(fù)雜