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多通道SAR地面运动目标检测与参数估计研究

孙华东  
【摘要】:合成孔径雷达(SAR)对地面运动目标尤其是慢速运动目标的检测与参数估计是SAR领域中一个十分活跃的研究热点,无论在军事上还是在民用中都具有非常重要的意义。目前,世界上许多国家都在大力发展动目标检测和成像技术,积极研制先进的动目标检测雷达系统,努力寻求各种高效、实用的动目标检测、参数估计和成像方法。 本文对多通道SAR地面运动目标检测和参数估计这一课题进行了深入研究,主要的工作有: 1.作为基础研究,本文首先介绍了合成孔径雷达的基本原理,建立了SAR运动目标回波模型,深入探讨了进行常规SAR成像时,动目标的多普勒中心频率和调频率对成像的影响;接下来详细分析了运动目标的距离徙动,借鉴逆合成孔径雷达(ISAR)成像中的包络对齐互相关算法,完成运动目标的距离徙动校正;而后又在分析地杂波统计特性的基础上,对SAR动目标检测中的恒虚警率(CFAR)处理进行了讨论。 2.本文深入研究了三种结构简单、运算量少的多通道动目标检测算法——DPCA技术、ATI技术和时空等效技术(STET)。DPCA技术是通过时域延迟再相减的方法实现杂波的对消;ATI技术是通过图像域的干涉相位判断动目标存在与否;STET是利用时空等效性把二维序列投影到一维序列,通过新序列的频域滤波处理来消除杂波信息。其中,DPCA和STET是基于地杂波抑制的检测方法,而ATI是基于干涉的检测方法。文中对各个检测算法的主要性能参数(最大可检测速度、最小可检测速度、改善因子等)进行了详细的理论分析,通过大量的仿真实验验证了这三种算法的检测效果。 3.鉴于动目标信号的线性调频性质,本文引入了一种能够良好估计线性调频信号(chirp信号)参数的数学工具——分数阶傅立叶变换。这里在深入分析DPCA技术和FrFT的基础上,提出了在三通道系统下,能够对SAR慢动目标进行检测和参数估计的DPCA-FrFT算法。大量的仿真实验充分证明了采用该方法不仅能够有效检测动目标,还能够对动目标进行定位,准确估计动目标的速度。 4.在深入研究时空等效技术(STET)的基础上,结合分数阶傅立叶变换,本文提出了STET-FrFT算法。同样,此方法在三通道系统下,能够对SAR慢动目标进行检测和参数估计。大量的仿真实验表明,由于STET良好的杂波抑制能力,以及FrFT对chirp信号的良好参数估计效果,STET-FrFT算法能够在不同信杂比和信噪比情况下很好地实现动目标的检测、测速和定位。 5.针对常规SAR动目标成像会发生散焦和方位位置偏移等现象,本文在参数估计的基础上,提出了一种适用于动目标成像的混合SAR/ISAR成像算法。该算法的距离压缩过程采用了常规SAR成像处理的匹配滤波技术,而方位处理过程借鉴ISAR成像中的dechirp处理。实验结果表明,利用该算法对运动目标成像时,没有方位位置偏移,且聚焦良好。


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