分布式SAR運動目標檢測雷達陣列誤差估計方法研究.pdf

1、二十世紀九十年代中后期，一種新的天基雷達體制受到了極大的重視，這就是編隊飛行衛(wèi)星群，也稱為分布式衛(wèi)星或星座。這種編隊飛行的衛(wèi)星群一般由若干顆小衛(wèi)星作為伴隨衛(wèi)星和一顆中心衛(wèi)星組成。這些小衛(wèi)星構成一定形狀的星座并按一定的構形運行，通過相互之間的協(xié)同工作來完成某種任務。經(jīng)過適當?shù)能壍涝O計，編隊衛(wèi)星可以在基本上不消耗燃料的情況下穩(wěn)定可靠的沿特定的軌道運行。小衛(wèi)星具有質(zhì)量輕、體積小，研制周期短、成本低，發(fā)射靈活、啟用速度快、抗毀性強，性能好、可靠

2、性高等一系列優(yōu)點。此外，利用多顆小衛(wèi)星構成編隊飛行還可以大大提高雷達探測的多項功能，如降低地面動目標檢測(GMTI)的最小可檢測速度(MDV)和提高地面高程測量(InSAR)精度，同時獲得寬域、高方位分辨率的地面場景SAR圖像等。然而分布式小衛(wèi)星雷達具有很多優(yōu)點的同時也面臨著很多問題和挑戰(zhàn)，例如空間陣列超稀疏分布、回波信號存在距離或/和多普勒模糊以及存在陣列位置測量誤差等，必須克服這些困難才能把分布式小衛(wèi)星雷達的優(yōu)勢發(fā)揮出來。

3、本論文研究了分布式小衛(wèi)星系統(tǒng)的運動目標檢測和陣列誤差估計的問題。本論文的主要工作可以總結如下： 1、詳細分析了影響分布式SAR運動目標檢測性能的一些不利因素，并且指出利用傳統(tǒng)的DPCA和ATI等方法進行動目標檢測時其性能將受到嚴重影響。因此，本論文提出了一種基于圖像域的多通道、多像素聯(lián)合自適應處理的動目標檢測及測速定位方法，該方法利用導向矢量的概念，將目標檢測和測速定位聯(lián)合起來實現(xiàn)，大大提高了雜波的抑制性能，對圖像配準誤差和雜波

4、相關性等具有很高的穩(wěn)健性，可以在不增加衛(wèi)星數(shù)目和運算量的情況下同時實現(xiàn)對運動目標的檢測和測速定位。 2、陣列誤差的存在引起的導向矢量偏差會影響運動目標的檢測以及運動參數(shù)的估計。因此，針對分布式SAR運動目標檢測雷達，本論文提出了一種超稀疏陣列的誤差估計方法，此方法利用地面特顯點的回波信號，對沿航向誤差和垂直航向及幅相誤差分別進行估計，在估計過程中避免了迭代搜索運算，且不需要多次復雜的矩陣求逆，同時可以獲得較高的誤差估計精度。

5、 3、在上述提出的誤差估計與校正方法的基礎上，分別從二維SAR成像和地面運動目標檢測兩個方面，分析了陣列誤差對成像和目標檢測性能的影響，通過仿真誤差估計前后的二維SAR成像和動目標檢測的性能，從實驗的角度分析了不同誤差對不同應用情況的影響程度。而利用上述所提出的誤差估計方法對陣列誤差進行估計與補償之后，可以獲得高精度無模糊的SAR圖像和高性能的動目標檢測結果，從而驗證了該方法的有效性。 4、未來的天基合成孔徑雷達不但要求對固

6、定場景進行高分辨率三維測繪，而且要同時對地面運動目標進行檢測。而這種空間三維立體陣在檢測運動目標時會受地形高度起伏的影響，因此需要進行地面高程測量并將其引起的相位補償?shù)簟Ｒ@取精確的高程信息，需要精確的衛(wèi)星基線參數(shù)。因此針對干涉合成孔徑雷達本論文提出了一種基于子空間投影的InSAR基線誤差估計方法，此方法對噪聲具有良好的抑制作用，而且該方法不需要迭代搜索，可以得到基線誤差的顯式解，估計精度較高，且對干涉相位解纏具有較高的穩(wěn)健性。

7、 5、在上述工作的基礎上，仍然利用相鄰像素的聯(lián)合處理，提出了一種穩(wěn)健的動目標檢測及高精度的測速定位方法。此方法將多個通道以及各個通道中的多個像素的聯(lián)合數(shù)據(jù)等效為一個簡單的陣列模型，通過空間投影的方法估計出存在圖像配準誤差情況下的運動目標真實的導向矢量形式，進而可以更精確的估計運動目標的徑向速度與方位位置。 6、本論文針對動目標測速過程中存在的盲速和速度模糊問題分別進行了研究，提出可以通過優(yōu)化衛(wèi)星編隊的基線組合從理論上消除盲速。而