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文檔簡(jiǎn)介
1、多輸入多輸出(MIMO)雷達(dá)是近年來(lái)備受關(guān)注的一種新型雷達(dá)技術(shù)。該體制雷達(dá)綜合利用天線陣列空間分集和波形分集的特點(diǎn),能夠獲得遠(yuǎn)多于實(shí)際天線數(shù)目的等效觀測(cè)通道和空間自由度,在目標(biāo)檢測(cè)、參數(shù)估計(jì)、成像識(shí)別以及抗干擾等方面具有優(yōu)于傳統(tǒng)體制雷達(dá)的總體性能?;谝陨险J(rèn)識(shí),MIMO技術(shù)與合成孔徑雷達(dá)(SAR)相結(jié)合,為解決常規(guī)SAR面臨的方位向高分辨率與寬測(cè)繪帶指標(biāo)相互矛盾以及場(chǎng)景中慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)難以檢測(cè)等實(shí)際問(wèn)題提供了更為有效的技術(shù)途徑。經(jīng)過(guò)多年的
2、理論探索和實(shí)驗(yàn)研究,國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)于MIMO雷達(dá)的基本概念、系統(tǒng)組成、信號(hào)處理方法以及性能評(píng)估等已經(jīng)進(jìn)行了深入的研究,然而基于MIMO雷達(dá)技術(shù)的SAR成像以及動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(GMTI)技術(shù)還很少涉及。為解決常規(guī)SAR的固有體制約束問(wèn)題,論文圍繞MIMO-SAR系統(tǒng)概念、理論模型、高分辨率寬測(cè)繪帶成像以及運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法等關(guān)鍵問(wèn)題開(kāi)展研究,主要工作概括如下:
第一章:概述了MIMO雷達(dá)概念、分類以及其在成像領(lǐng)域的應(yīng)用;綜述了MIMO-
3、SAR系統(tǒng)概念、研究歷史及現(xiàn)狀,歸納和總結(jié)了MIMO-SAR的若干關(guān)鍵技術(shù)問(wèn)題。
第二章:介紹了MIMO SAR成像的基礎(chǔ)理論。首先從虛擬陣列概念出發(fā)分析了MIMO-SAR陣列特性,從理論上闡述了MIMO雷達(dá)的體制優(yōu)勢(shì);介紹了收發(fā)分置天線等效相位中心概念,推導(dǎo)了等效相位誤差補(bǔ)償?shù)墓剑灰苑轿幌蚨嗵炀€MIMO-SAR為例,闡述了系統(tǒng)數(shù)據(jù)獲取方式、回波數(shù)據(jù)表示以及成像策略等;針對(duì)MIMO-SAR同時(shí)發(fā)射多波形的特點(diǎn),闡述了信號(hào)正交
4、原理,討論了回波信號(hào)分離策略和分離方法,并通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)分析了信號(hào)正交性對(duì)SAR成像性能的影響;本章最后從雷達(dá)方程角度,推導(dǎo)了MIMO-SAR雷達(dá)方程。
第三章: MIMO-SAR多天線、多波形的特點(diǎn),使得常規(guī)SAR分辨特性分析方法難以直接應(yīng)用于該系統(tǒng),迫切需要探索新的度量工具和分析方法。本章建立了MIMO-SAR系統(tǒng)回波信號(hào)的數(shù)學(xué)模型,提出了基于廣義模糊函數(shù)(GAF)的MIMO-SAR分辨特性分析方法。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
5、MIMO-SAR系統(tǒng)廣義模糊函數(shù)可分解為 MIMO陣列空間模糊函數(shù)與常規(guī)單站 SAR模糊函數(shù)的乘積形式,系統(tǒng)分辨率不僅取決于發(fā)射波形的帶寬和合成孔徑長(zhǎng)度,還與發(fā)射/接收天線的陣列流形密切相關(guān)。
第四章:良好性能的波形集是MIMO雷達(dá)性能提升的基礎(chǔ),采用什么樣的正交策略、什么樣的調(diào)制方式對(duì)系統(tǒng)性能有著重要影響。適用于合成孔徑雷達(dá)的波形需要具備以下特點(diǎn),即大時(shí)寬-帶寬積、常模、較高的多普勒容限、易于產(chǎn)生和處理等。綜合MIMO雷達(dá)和
6、SAR系統(tǒng)對(duì)波形的性能要求,本章提出了兩種基于OFDM信號(hào)體制的正交波形集,主要內(nèi)容包括:(1)提出了基于交叉子載頻的OFDM正交波形集(I-OFDM),闡述了波形集調(diào)制、解調(diào)以及優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,分析了波形集相關(guān)函數(shù)以及模糊特性等;(2)為了克服頻域交叉波形設(shè)計(jì)方法只能生成兩個(gè)正交波形的缺點(diǎn),利用OFDM信號(hào)子載頻之間固有的正交性,通過(guò)隨機(jī)抽取OFDM若干子載頻信號(hào)組成新的波形,從而生成一組正交波形集,稱為基于隨機(jī)子載頻的OFDM正交波形
7、集(R-OFDM);(3)提出了一種基于蒙特卡洛思想的R-OFDM信號(hào)優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,獲得了具有良好自相關(guān)和互相關(guān)特性的R-OFDM波形集。
第五章:針對(duì)常規(guī)SAR面臨的方位向分辨率與測(cè)繪帶寬相互制約的問(wèn)題,本章提出了基于方位向多天線MIMO-SAR的解決方案。該方案的基本思想是:系統(tǒng)首先采用低脈沖重復(fù)頻率確保測(cè)繪帶寬內(nèi)不發(fā)生距離模糊,再通過(guò)對(duì)所有收發(fā)組合數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合相參處理,利用回波信號(hào)包含的空間信息恢復(fù)出方位向不模糊的多普勒
8、頻譜。主要內(nèi)容包括:(1)建立了方位向多天線MIMO-SAR信號(hào)模型,分析了不同收發(fā)組合回波信號(hào)之間的相位關(guān)系,為方位向頻譜重構(gòu)奠定了理論基礎(chǔ);(2)提出了基于迭代自適應(yīng)算法(IAA)的方位向多普勒頻譜重構(gòu)方法,研究表明該類方法具有收斂速度快、重構(gòu)精度高、計(jì)算量小等優(yōu)點(diǎn);(3)提出了方位向多天線MIMO-SAR綜合成像策略,實(shí)現(xiàn)了高分辨率寬測(cè)繪帶SAR成像。
第六章:針對(duì)常規(guī)SAR難以實(shí)現(xiàn)場(chǎng)景中慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的問(wèn)題,本章提出
9、了基于方位向多天線MIMO-SAR的解決方案。主要內(nèi)容包括:(1)建立了MIMO SAR成像模式下運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波模型,分析了運(yùn)動(dòng)目標(biāo)以及靜止雜波的信號(hào)特性,為利用自適應(yīng)陣列技術(shù)抑制雜波奠定了理論基礎(chǔ);(2)將陣列信號(hào)處理的理論和方法引入到MIMO-SAR動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)問(wèn)題中,提出了基于MIMO-SAR圖像的自適應(yīng)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法;(3)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)徑向速度反映在陣列空域?qū)蚴噶恐?,目?biāo)徑向速度估計(jì)轉(zhuǎn)化為目標(biāo)回波信號(hào)的空間譜估計(jì)問(wèn)題?;谠撜J(rèn)識(shí),
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