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机载GMTI实测数据分析与处理

梁舒幸  
【摘要】:SAR-GMTI(Synthetic Aperture Radar-Ground Moving Target Indication,合成孔径雷达动目标运动目标检测)和广域GMTI是机载雷达系统的两个典型应用,机载SAR-GMTI系统和广域GMTI系统不仅能够利用雷达成像获得静止场景信息,而且可以获得地面运动目标信息,具体包括目标的速度和位置信息等。因此,机载GMTI在军用和民用领域都有重要的意义,可广泛应用于战场侦查和交通监管等领域。对于机载GMTI系统来说,静止场景回波属于背景杂波,而运动目标往往被淹没其中,因此如何抑制杂波是机载GMTI最关键的问题。实际上,在机载SAR实测数据处理中存在机载运动平台不平稳、通道一致性较差等一些非理想因素的影响,因此针对这些问题需要进一步完善SAR-GMTI的数学模型,并研究有效的SAR-GMTI方法。另外,广域GMTI是目前地面运动目标检测技术的重要发展方向,广域GMTI一般具有观测区域广、重访率高且对分辨率要求不高等特点,因而需要研究有效的广域GMTI方法和图像拼接方法。针对机载GMTI中存在的上述问题,论文详细论述了运动目标回波模型和GMTI的原理,并在此基础上,重点研究了机载GMTI杂波抑制方法、机载三通道SAR-GMTI实测数据处理方法和双通道广域GMTI实测数据处理方法。具体工作如下:(1)在分析多通道SAR动目标回波模型的基础上,重点研究了DPCA(Displace Phase Center Atenna,偏置相位中心天线)、ATI(Along Track Interferometry,沿迹干涉)和STAP(Space Time Adaptive Processing,空时自适应处理)等几个常用的杂波抑制和动目标检测方法,并对这些方法进行了对比;针对DPCA方法的稳健性和ATI方法的估计精度高等优点,给出一种DPCA与ATI结合的机载SAR-GMTI实测数据处理方法,仿真数据处理结果验证了该方法的有效性。(2)详细分析机载多通道SAR-GMTI实测数据处理中的难题,研究了有效的运动补偿方法和通道均衡方法,并在此基础上,给出了一种基于运动补偿与通道均衡处理的三通道SAR-GMTI方法。该方法充分考虑载机平台的运动误差、三通道的天线位置与方向图误差及其接收微波信道的频响误差等因素影响,首先对回波数据进行基于多普勒调频率估计的运动补偿,然后在距离脉压域进行通道间的幅度和相位误差的迭代补偿,校正通道间的不一致性,接着利用DPCA方法进行杂波抑制和CFAR(Constant False Alarm Rate,恒虚警率)检测,并利用基于最小熵搜索方法完成对检测出来的动目标的多普勒解模糊处理,最后完成地面运动目标的测速和重新定位,获得高质量的SAR-GMTI处理结果。(3)建立广域GMTI的运动目标回波模型,基于双通道广域GMTI实测数据的观测区域广、重访率高且对分辨率要求不高等特点,结合DBS(Doppler Beam Sharpening,多普勒波束锐化)成像原理研究了一种高效的广域地面运动目标检测方法,该方法运用DBS成像技术获得各个波位的子图像,然后对子图像进行基于快速相关的图像拼接和基于插值处理的坐标转换,并通过DPCA和CFAR检测完成杂波抑制和运动目标检测,接着利用干涉相位完成运动目标的角域定位,仿真和实测数据处理结果表明,该方法可以获取高质量的广域GMTI处理结果。


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