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合成孔径雷达动目标检测和成像研究

郑明洁  
【摘要】: 动目标检测和成像是合成孔径雷达(SAR)领域中一个十分活跃的研究热点,是SAR要完成的基本功能之一,无论在军事上还是在民用中都具有非常重要的作用。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和成像雷达系统,努力寻求各种高效、实用的动目标检测和成像方法。 本论文力图深入研究并改进动目标尤其是慢速运动目标的检测和成像技术,提高动目标检测概率,全面获取动目标的运动参数并对动目标精确成像;同时,试图寻求一些新的动目标检测和成像方法,创新性地解决动目标检测和成像中的关键问题,使之更加先进、高效和实用。 本文的主要贡献包括: 1、建立了运动目标回波散射模型,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动目标图像造成的影响;从时域和频域两方面详细分析了由于目标运动造成的距离徙动效应,建立了距离徙动模型;然后研究了动目标检测原理,并对现有的检测方法进行分类,使之更加系统化;详细分析了动目标信噪比对检测结果的影响,给出了SAR系统动目标成像流程图,指出了动目标成像中的关键环节。 2、针对电子所机载SAR系统的回波数据,采用频域滤波方法有效地进行动目标检测和成像。将接收的实际场景数据与实际系统参数下模拟的典型数据相结合,分析、验证了频域滤波法的性能,并对滤波后的数据采用改进的选大单元平均恒虚警率(GO-CA-CFAR)方法进行处理,判断动目标是否存在;然后对实际的动目标进行检测,准确的估计出目标速度及位置并对目标重新聚焦成像,接下来将聚焦的动目标图像和常规SAR图像迭加,同时得到了回到真实位置的动目标聚焦图像和实际场景SAR图像。 3、深入研究了基于相位中心偏置天线(DPCA)技术的多天线SAR动目标检测和成像方法。针对常规DPCA方法的缺点创新性的提出了一种新的双天线动目标检测方法,建立了该方法的检测模型并对该方法进行了有效的验证,该方法不 合成孔什雷达动口标检测和成像研% 必满足常规方法所必须满足的限制条件就能够进行动目标检测,提高了DPCA 的实用价值。深入分析了DPCA和干涉的原理后,提出一种沿航迹放置的三天 线SAR动目标检测和成像方法,详细描述了该方法的工作机理,给出系统组成 框图,并给出该方法进行动目标检测、定位、测速和成像的步骤,然后给出了计 算机仿真方案及大量的仿真结果,充分证明了采用该方法不仅能够有效的抑制地 杂波、检测动目标,还能够对动目标精确定位,准确估计出动目标的速度,对动 目标重新聚焦成像。文中对动目标检测和成像过程中存在的一些问题如接收机通 道失配、盲速等进行了深入细致的分析,对盲速问题给出了有效的解诀方案。 4、深入研究了基于沿迹干涉衅1)技术的多孔径SAR系统地面动目标检测和 成像方法,给出了采用ATI方法对两幅SAR复图像进行慢速目标检测的完整过 程,详细分析了各种因素如杂波、噪声、目标信杂比、目标速度及多视处理等对 检测性能的影响,并通过大量的仿真给予验证。针对复图像域检测的缺点,本文 创新性地提出了一种在距离-多普勒域内进行干涉处理然后检测动目标的方法, 详细描述了该方法的检测原理,给出了检测过程及计算机仿真验证,经过比较证 明,采用该方法能够获得更好的检测结果。文中还给出一种三孔径干涉SAR动 目标检测、定位、测速及成像方法,描述了该方法的检测原理及检测框图。


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