天基SAR抗干擾與空間目標(biāo)精確成像方法研究.pdf

1、天基監(jiān)視雷達(dá)是陸-海-空-天一體化戰(zhàn)略預(yù)警監(jiān)視系統(tǒng)的重要組成部分，基于合成孔徑雷達(dá)（SAR）成像、逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）成像以及動(dòng)目標(biāo)顯示等多種技術(shù)手段和工作模式，同時(shí)具備監(jiān)視地面、海面目標(biāo)以及空間目標(biāo)的能力。天基監(jiān)視雷達(dá)搭載的觀測(cè)平臺(tái)運(yùn)行于外部空間軌道，可以通過(guò)觀測(cè)高度的提升突破地球曲率的影響，同時(shí)憑借其較強(qiáng)的抗摧毀能力自由進(jìn)出敵方控制區(qū)域，實(shí)現(xiàn)對(duì)全球任何熱點(diǎn)地區(qū)的連續(xù)監(jiān)視并提供充足的戰(zhàn)略防御監(jiān)視時(shí)間，因而具備全天時(shí)、全天候和全球

2、覆蓋等優(yōu)點(diǎn)，可有效彌補(bǔ)地基、海基和機(jī)載監(jiān)視雷達(dá)的局限性和不足，在軍事和民用領(lǐng)域均得到了廣泛應(yīng)用。
　　天基監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)可分為對(duì)地監(jiān)視模式和空間監(jiān)視模式。對(duì)地監(jiān)視模式中，天基監(jiān)視雷達(dá)指向區(qū)域的電磁環(huán)境相對(duì)較為復(fù)雜，包含非蓄意干擾和電子對(duì)抗中人為施放的各種窄帶干擾和寬帶干擾，由于天基監(jiān)視雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的寬帶特性，使得對(duì)地監(jiān)視模式極易受到各類干擾源輻射信號(hào)的影響；空間監(jiān)視模式中，由于星載雷達(dá)發(fā)射功率孔徑積受限，且觀測(cè)空間目標(biāo)的作用距離往往

3、較遠(yuǎn)（幾百公里~幾千公里），使得星載ISAR成像系統(tǒng)的回波信噪比降低，導(dǎo)致包絡(luò)對(duì)齊結(jié)果中出現(xiàn)明顯的突跳誤差和積累誤差，并最終影響 ISAR成像質(zhì)量，為后續(xù)的圖像判讀及目標(biāo)識(shí)別帶來(lái)障礙。
　　本論文緊密?chē)@天基監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)地監(jiān)視模式和空間監(jiān)視模式對(duì)各類目標(biāo)實(shí)施監(jiān)視過(guò)程中的實(shí)際問(wèn)題，針對(duì)復(fù)雜電磁環(huán)境下的SAR干擾抑制及低信噪比條件下的ISAR包絡(luò)對(duì)齊方法等關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行深入研究。主要工作和貢獻(xiàn)為：
　　1、對(duì)天基監(jiān)視雷達(dá)涉及的工

4、作模式進(jìn)行了介紹，分析了各類工作模式的特點(diǎn)；以條帶模式正側(cè)視情況為例，分析了對(duì)地監(jiān)視模式的回波信號(hào)基本模型；研究了天基監(jiān)視雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)地監(jiān)視模式可能面臨的干擾類型及其信號(hào)形式和基本特點(diǎn)；結(jié)合天基監(jiān)視雷達(dá)的特點(diǎn)和任務(wù)要求，給出空間監(jiān)視模式工作模式總體方案設(shè)想；以直線運(yùn)動(dòng)模型為例，給出空間監(jiān)視模式的回波信號(hào)基本模型，并結(jié)合散射點(diǎn)斜距方程展開(kāi)式詳細(xì)分析了天基ISAR面臨的主要問(wèn)題及其產(chǎn)生原因。
　　2、基于時(shí)變窄帶干擾信號(hào)模型，在充分考慮

5、窄帶干擾信號(hào)時(shí)變特性的基礎(chǔ)上對(duì)時(shí)變窄帶干擾抑制問(wèn)題展開(kāi)深入研究，針對(duì)時(shí)變窄帶干擾條件下傳統(tǒng)窄帶干擾抑制方法性能下降問(wèn)題，提出一種基于迭代自適應(yīng)方法的時(shí)變窄帶干擾抑制方法。該方法無(wú)需進(jìn)行參數(shù)搜索和模型定階，可以利用少量訓(xùn)練樣本自適應(yīng)迭代估計(jì)窄帶干擾信號(hào)頻譜，并采用子空間投影方法對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行濾除。仿真結(jié)果表明所提方法能夠有效抑制窄帶干擾，并復(fù)原被遮蓋有用信號(hào)、重現(xiàn)SAR圖像細(xì)節(jié)信息，從而大幅改善時(shí)變窄帶干擾影響下的SAR成像質(zhì)量，具有良好

6、的干擾抑制性能。
　　3、基于天基監(jiān)視雷達(dá)寬帶非蓄意干擾的時(shí)頻聚集性，針對(duì)傳統(tǒng)時(shí)頻濾波方法頻率分辨率受限所導(dǎo)致的寬帶干擾抑制性能下降問(wèn)題，提出一種SAR寬帶非蓄意干擾抑制方法。該方法無(wú)需進(jìn)行參數(shù)搜索和模型定階，可以在短時(shí)傅里葉變換分析窗函數(shù)對(duì)應(yīng)的小時(shí)寬范圍內(nèi)，利用少量觀測(cè)數(shù)據(jù)自適應(yīng)迭代估計(jì)寬帶干擾信號(hào)瞬時(shí)頻率，并采用子空間投影方法對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行濾除，同時(shí)，還可獲得高分辨率且無(wú)交叉項(xiàng)的線性時(shí)頻分析結(jié)果。仿真分析表明所提方法能夠有效抑

7、制寬帶干擾且有用信號(hào)損失較小，可以大幅改善寬帶干擾影響下的SAR成像質(zhì)量，具有良好的干擾抑制性能。
　　4、針對(duì)低信噪比條件下傳統(tǒng)包絡(luò)對(duì)齊算法性能下降問(wèn)題，提出基于迭代加權(quán)最小二乘擬合的 ISAR包絡(luò)對(duì)齊方法（Iterative Cleaning and Weighted Least Squares，ICWLS）。該方法利用目標(biāo)的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)特性，對(duì)目標(biāo)走動(dòng)量和加權(quán)矩陣采用迭代交替更新方式，在估計(jì)出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)包絡(luò)對(duì)齊。上

8、述方法基于數(shù)據(jù)懲罰構(gòu)造加權(quán)矩陣且采用對(duì)角形式，可顯著提高包絡(luò)對(duì)齊精度，但加權(quán)矩陣的估計(jì)尚未達(dá)到統(tǒng)計(jì)最優(yōu)。因此考慮根據(jù)包絡(luò)對(duì)齊誤差統(tǒng)計(jì)參數(shù)構(gòu)造最優(yōu)加權(quán)矩陣并進(jìn)行迭代更新，提出一種迭代的最優(yōu)加權(quán)擬合包絡(luò)對(duì)齊方法（Iterative Optimized Weighted Fitting，IOWF），以期進(jìn)一步優(yōu)化 ICWLS方法包絡(luò)對(duì)齊性能。仿真結(jié)果表明所提方法能有效抑制突跳誤差的傳播和緩解積累誤差所導(dǎo)致的參數(shù)估計(jì)精度下降問(wèn)題，具有良好的包絡(luò)