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机载多通道SAR-GMTI处理方法的研究

吕孝雷  
【摘要】: 合成孔径雷达(SAR)具有全天候、全天时和远距离成像的特点,可以大大提高雷达的信息获取能力,对军用和民用均有重要的应用价值。然而传统的合成孔径雷达只对静止目标成像,对运动目标的检测与成像而言,静止目标的回波是干扰杂波,要尽量地加以滤除,同时,若不对这些运动目标采用它们自身的多普勒参数进行专门的成像,仍沿用对静止目标的成像方法,其SAR图像就会产生严重失真。由于沿航向多通道SAR比单通道SAR能够提供更多的系统自由度,具有很好的杂波抑制性能,因此能够在地杂波或者海杂波中清楚地区分出运动目标并且能够正确地估计出其运动参数,因而广泛地应用于战场感知和侦查中。 目前世界上许多国家都在大力发展多通道地面运动目标检测(Ground Moving Target Indication,简称GMTI)和定位技术,积极研究先进的动目标检测理论,努力寻求各种高效、实用的动目标检测技术。本文首先深入分析国内外SAR动目标检测成像研究进展,围绕着“十五”和“十一五”国防预研计划项目(No. 102060302)及国家自然科学基金项目(No.60502044和No. 60725103)的研究任务,以提高动目标检测性能为宗旨,紧密结合工程应用,利用概念分析、理论推导和数据验证等对机载多通道SAR-GMTI的参数设计、通道均衡、慢(快)速目标检测成像等方面进行深入地的研究。 论文内容可概括为如下五部分: 第一部分,对机载的多通道SAR-GMTI系统的基本参数设计进行了研究,推导了各参数之间的制约关系,给出设计实例;并分析GMTI的基本性能指标,给出在波长、速度一定的条件下不同体制的GMTI设计参数例子。 第二部分,提出了一种机载多通道SAR-GMTI通道均衡算法。首先详细讨论了引起相干性下降的三个主要因素:载机不平稳运动、天线方向图差异、通道频率响应差异。然后提出采用两个二维自适应滤波来校正通道间的幅相误差,一个在距离时域方位多普勒域,另一个在距离频率方位时域。采用该均衡算法后,复图像对的相干性大大提高,这时只需采用简单的杂波抑制方法就可以获得较好的抑制效果。最后,通过多通道SAR-GMTI的实测数据证明了提出算法的有效性。 第三部分,地面运动目标速度较大时,会产生距离徙动,在图像域出现严重散焦,不易检测,同时存在脉冲重复频率(PRF)模糊现象,其多普勒频谱会发生折叠,不易正确定位。针对上述问题,提出了基于机载三通道SAR-GMTI的地面快速目标检测、定位与成像方法。首先,在距离压缩后的数据域进行DPCA杂波抑制,组合运用Canny算子,Ratio算子和Hough变换提取快速目标运动轨迹,然后采用基于解PRF后的二阶keystone变换方法完成目标的成像,检测及运动参数估计,最后将快速目标融合到标有慢速运动目标的清晰SAR图像中。外场实测结果验证了该方法的有效性和准确性。 第四部分,提出了一种基于联合像素的三通道地面运动目标检测方法。首先分析联合像素处理后的两多视SAR图像干涉统计特性,建立幅相联合的概率统计模型,分析虚警和漏警,考虑到最小可检测速度内存在速度模糊,采用能量重心法解模糊,最后将干涉幅度和解模糊后的干涉相位联合检测动目标。实测数据处理结果验证了该方法的有效性。 第五部分,提出了一种适用于一发多收的平行双基多通道SAR的运动目标检测和定位算法。该算法的提出是基于双基构型的特殊性,包括相干性和杂波特性两方面。为解决这两方面的特殊性,分别提出了二维距离方位预滤波和双基差分距离校正(DRC)方法。通过此补偿方法,能够很好的抑制静止杂波而且能够正确的估计出地面运动目标参数。最后通过仿真例子证明了提出算法的有效性。


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