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分布式雷达成像及地面运动目标检测方法研究

江碧涛  
【摘要】: 分布式雷达因为在实现高分辨率成像、宽刈幅成像、三维成像和地面慢速运动目标检测等方面具有广阔的前景,因而受到广泛的关注并因此成为雷达技术,尤其是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)技术研究的热点领域。论文针对分布式雷达的高分辨率成像和地面运动目标检测问题开展工作,重点研究分布式SAR的成像算法和分布式稀疏孔径雷达地面运动目标检测(Ground Moving Target Indication, GMTI)STAP算法和扫描方向干涉雷达(Scanned Pattern Interferometric Radar, SPIR)方法。各章节的主要内容如下: 第1章介绍本文的研究背景和国内外相关领域的研究现状,归纳了论文的主要工作和贡献。 第2章在论述SAR的基本原理的基础上,重点介绍SAR成像模拟方面的工作。研究中观察到当用点目标模拟面目标时,会在SAR幅度图像中出现明暗条纹,在条纹的亮区分辨率和清晰度都很高,相位信息得到很好保持,但在暗区则分辨率和清晰度都明显降低,相位信息也受到破坏。用天线阵的观点对此进行了解释并提出三种消除这一现象的方法。 第3章介绍对宽带调频步进信号的两种处理算法,即基于匹配滤波的子孔径方法和基于de-chirp处理的方法,并对这两种方法进行了比较。本章的工作为第4章分布式SAR成像算法研究奠定了理论基础。 第4章首先建立分布式SAR距离向和方位向的信号模型与调频步进信号模型的等效关系。但是这种等效关系的建立须满足一定的条件,即在距离向各SAR进行匹配滤波时须以观测区域中的同一参考目标来决定匹配滤波函数参考距离,而在方位向,各SAR的斜视角需较小,且斜视角之间形成一个等差数列关系。本章还提出了广义合成孔径概念,即跨平台进行孔径合成的概念。广义合成的前提是要保证各个平台的SAR所获得的关于同一地面区域的观测频谱是相干的,即经过了相位误差校正。分析表明影响分布式SAR距离向分辨率提高的主要因素是各个SAR系统距离测量的相对精度,而影响方位向分辨率提高的主要因素是斜视角的测量精度。 第5章针对分布式稀疏孔径雷达实现GMTI的空时自适应处理(Space Time Adaptive Processing, STAP)算法和SPIR算法进行研究。在STAP算法研究中,重点分析影响STAP算法的主要因素,针对稀疏孔径出现的栅瓣从而导致的速度检测盲区问题,用多载频正交技术和非均匀阵列方法加以有效克服。在SPIR方法研究中,重点讨论了影响SPIR性能的主要因素,即分布式雷达的位置测量精度、收发通道的幅度和相位精度。研究表明SPIR方法尽管可以较好地克服稀疏孔径带来的栅瓣问题,但是受地面杂波的影响较大,而地面杂波的影响从本质上体现在点扩散函数(Point Spread Function, PSF)样本矩阵的条件数增大上,此时必须采用Clean算法来加以克服。模拟研究还表明,随着阵列单元数量的增加,SPIR方法对上述误差的容忍度也随之增加。对于设计好的一定构形的分布式稀疏孔径,在一定误差范围内,准确测量孔径实际位置比精确控制孔径位置更重要。 第6章对全文的工作进行回顾和总结,指出论文工作存在的局限并提出在今后应该开展的四个方面的研究工作。


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