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多通道SAR-GMTI方法研究

作　者: 杨垒
导　师: 保铮
学　校: 西安电子科技大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 合成孔径雷达地面运动目标检测相位中心偏置天线沿航迹干涉杂波抑制通道均衡径向速度模糊速度估计
分类号: TN958
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

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,特别是战场感知能力,对军用和民用均有重要的应用价值。地面运动目标检测(Ground Moving Target Indication, GMTI)和测速定位是军用SAR系统所必须具备的一项基本功能,也是SAR信号处理中的一个重要问题。与单天线SAR系统相比,多通道(天线)SAR系统增加了系统自由度,可以通过杂波抑制显著提高运动目标的信杂噪比,改善系统的最小可检测速度(Minimum Detectable Velocity, MDV)和定位能力。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和定位技术,积极研究先进的运动目标检测理论,努力寻求各种高效、实用的运动目标检测技术。机载和星载多通道SAR系统在检测地面运动目标时会遇到很多问题,比如最小可检测速度与最大不模糊速度之间的矛盾、地杂波频谱展宽问题、通道失衡问题、运动目标散焦和方位偏移问题、混合基线情况下的GMTI问题等。本论文以正侧视多通道SAR-GMTI系统为对象,针对以上几个问题展开研究,具体内容如下:1、常规多通道SAR-GMTI系统在检测地面运动目标时,不可避免地遇到最小可检测速度与最大不模糊速度这一对矛盾。在星载分布式卫星系统中,这个矛盾将更为突出。以获得最优速度响应为目的,在对单颗卫星接收天线进行子阵分割的基础上,推导了理想杂波假设下系统输出信杂噪比的表达式,进而提出了多通道SAR-GMTI系统的基线优化方法。2、针对多通道SAR-GMTI系统在沿航迹基线较长的情况下存在径向速度估计模糊问题,从理论上分析推导了运动目标干涉相位与雷达系统参数之间的关系。在将参差基线和参差频率的解模糊能力联合起来的基础上,提出了一种数值计算方法,可以简单有效地计算出目标的正确径向速度。3、对于多通道系统来讲,通道之间无论是通道传递函数还是天线方向图都会存在差异,影响SAR图像间的相干性,导致杂波抑制比下降。本文提出一种基于回波数据的通道均衡方法来提高SAR图像间的相干性,进而大大改善了杂波抑制比。此外,在杂波抑制过程得到简化的基础上,将通道均衡和SPECAN算法相结合,提出了切实可行的快速GMTI方法。4、研究了多个地面运动目标方位向速度估计和成像问题。将图像域分离出的运动目标变换至原始信号域,既进一步提高了目标的信杂噪比,又解决了多信号参数估计容易受信号幅度影响的问题。利用速度匹配滤波器搜索方位向速度,提出以运动目标聚焦熵为代价函数,比仅依赖聚焦结果最大幅度决定方位向速度更为稳健。5、在常规GMTI系统不具备参差基线和参差工作频率的情况下,提出一种解决径向速度模糊的方法。首先利用目标与雷达之间的斜距历程求解相位模糊次数,再结合干涉相位得出正确的径向速度。针对传统SAR-GMTI系统空间分辨率不高的情况,提出利用MUSIC超分辨算法提高距离分辨率,解决了斜距历程测速精度差的问题。6、在多通道SAR系统中,垂直航迹基线的存在不仅导致SAR图像对之间干涉相位与地面杂波高程相联系,而且将引起图像对之间的基线去相关,影响系统的杂波抑制性能。在分析垂直航迹基线对系统杂波抑制性能影响的基础上,提出一种可行的运动目标检测方法:在去除感兴趣场景的局部平地相位和干涉相位后,利用自适应相消的方法对两幅图像进行静止杂波抑制,最后利用常规的单元平均恒虚警(CFAR)方法检测出运动目标。机载InSAR系统录取的实测数据验证了方法的可行性。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-13
第一章绪论  13-31
  1.1 研究背景和意义  13-16
  1.2 国内外运动目标检测和成像方法研究及进展  16-22
  1.3 论文的内容和安排  22-23
  本章参考文献  23-31
第二章 SAR-GMTI 系统速度响应研究  31-53
  2.1 引言  31
  2.2 GMTI 系统速度响应优化方法  31-42
    2.2.1 理想杂波情况下系统的输出信杂噪比  31-37
    2.2.2 基线优化步骤  37-38
    2.2.3 仿真实验  38-42
      2.2.3.1 子阵分割构型一  38-39
      2.2.3.2 子阵分割构型二  39
      2.2.3.3 子阵分割构型三  39-40
      2.2.3.4 子阵分割构型四  40-42
  2.3 多频多基线解运动目标径向速度模糊  42-48
    2.3.1 运动目标干涉相位分析  42-45
    2.3.2 多频多基线方法解径向速度模糊  45-47
    2.3.3 仿真实验  47-48
  2.4 本章小结  48-49
  本章参考文献  49-53
第三章基于数据的机载SAR-GMTI 通道均衡研究  53-71
  3.1 引言  53-54
  3.2 基于回波数据的通道均衡方法  54-62
    3.2.1 通道失衡分析  54
    3.2.2 通道均衡方法  54-58
    3.2.3 实测数据处理结果  58-62
  3.3 基于通道均衡和SPECAN 的快速GMTI 方法  62-67
    3.3.1 快速GMTI 方法  62-64
    3.3.2 实测数据处理结果  64-67
  3.4 本章小结  67
  本章参考文献  67-71
第四章地面运动目标速度估计方法  71-91
  4.1 引言  71-72
  4.2 多运动目标方位向速度估计  72-79
    4.2.1 运动目标回波信号  72-74
    4.2.2 运动目标方位向速度估计方法  74-76
    4.2.3 数据处理结果  76-79
  4.3 基于目标干涉相位和斜距历程的径向速度估计  79-87
    4.3.1 干涉相位估计径向速度  80-81
    4.3.2 不模糊径向速度估计  81-84
    4.3.4 实测数据处理结果  84-87
  4.4 本章小结  87
  本章参考文献  87-91
第五章利用具有沿航迹基线的机载INSAR 进行GMTI  91-107
  5.1 引言  91-92
  5.2 信号模型  92-96
    5.2.1 系统垂直基线影响  92-95
    5.2.2 混合基线系统中的运动目标信号模型  95-96
  5.3 复图像域运动目标检测方法  96-100
  5.4 实测数据处理结果  100-104
  5.5 本章小结  104
  本章参考文献  104-107
第六章结束语  107-111
  6.1 全文内容总结  107-108
  6.2 工作展望  108-111
致谢  111-113
作者在读期间的研究成果  113-115

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