分布式SAR動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar, SAR）作為二戰(zhàn)后新興的一種全天時(shí)全天候天基雷達(dá)系統(tǒng)備受關(guān)注。近年發(fā)展起來(lái)的分布式 SAR系統(tǒng)以其高空間自由度，多任務(wù)復(fù)用，低系統(tǒng)復(fù)雜度等系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)成為了目前各國(guó)研究的重點(diǎn)。尤其是分布式SAR在地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（Ground Moving Target Indication, GMTI）方面的優(yōu)勢(shì)更是日益顯露。然而，隨著現(xiàn)代戰(zhàn)場(chǎng)瞬息萬(wàn)變的發(fā)展，一些技術(shù)難題也隨之而來(lái)，其中以非

2、平穩(wěn)雜波抑制、非均勻雜波下的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和對(duì)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行高分辨率三維成像等問題尤為緊迫。本文針對(duì)這些緊要問題，根據(jù)分布式SAR系統(tǒng)的構(gòu)型特點(diǎn)及其接收信號(hào)的特性，結(jié)合空時(shí)聯(lián)合處理、信號(hào)重構(gòu)、相位補(bǔ)償、壓縮感知等先進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)，提出了一系列行之有效的GMTI新技術(shù)，旨在充分利用分布式SAR系統(tǒng)優(yōu)勢(shì)，提高GMTI性能。主要研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新如下：
　?。?）建立了非均勻空間構(gòu)型下分布式 SAR點(diǎn)目標(biāo)、雜波和動(dòng)目標(biāo)的信號(hào)模型；從理論上分析了目標(biāo)

3、運(yùn)動(dòng)對(duì)回波信號(hào)頻譜的一系列影響；在剖析傳統(tǒng)GMTI技術(shù)原理的基礎(chǔ)上，指出了這些技術(shù)存在的問題。
　　（2）針對(duì)傳統(tǒng)雜波抑制技術(shù)無(wú)法適用于分布式 SAR實(shí)際構(gòu)型，并且對(duì)與距離相關(guān)的非平穩(wěn)雜波抑制性能不佳的問題，提出了信號(hào)重構(gòu)三維空時(shí)自適應(yīng)處理雜波抑制技術(shù)。分析了回波信號(hào)的空時(shí)特性，結(jié)合分布式 SAR實(shí)際構(gòu)型指出了空間信號(hào)非均勻采樣的問題；并利用信號(hào)重構(gòu)技術(shù)將非均勻采樣信號(hào)重構(gòu)為均勻采樣信號(hào)；推導(dǎo)了非平穩(wěn)雜波的空時(shí)頻譜特性，結(jié)合系統(tǒng)俯

4、仰向的空間自由度和三維空時(shí)聯(lián)合處理技術(shù)對(duì)非平穩(wěn)雜波進(jìn)行了有效抑制。
　　（3）針對(duì)傳統(tǒng)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)需要待檢測(cè)單元周圍雜波滿足獨(dú)立同分布的問題，提出了相位補(bǔ)償最大似然動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)方法。推導(dǎo)了由雜波造成的系統(tǒng)中各衛(wèi)星平臺(tái)之間的相位差，并利用相位補(bǔ)償技術(shù)將其對(duì)消掉；推導(dǎo)了動(dòng)目標(biāo)造成的各衛(wèi)星平臺(tái)之間的相位差，并利用最大似然法將其中的動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)信息提取出來(lái)。該方法不需要雜波環(huán)境滿足獨(dú)立同分布條件，不需要計(jì)算雜波協(xié)方差矩陣及其逆矩陣，在低信噪

5、比的環(huán)境下以較小的計(jì)算量實(shí)現(xiàn)了動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)，并提高了動(dòng)目標(biāo)位置和速度測(cè)量精度。
　　（4）針對(duì)現(xiàn)有動(dòng)目標(biāo)三維成像技術(shù)，一方面由于數(shù)據(jù)采集受 Nyquist理論限制導(dǎo)致所需數(shù)據(jù)量大，系統(tǒng)往往無(wú)法承受數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和傳輸帶來(lái)的負(fù)擔(dān)；另一方面由于需確定的目標(biāo)位置參數(shù)多，信號(hào)恢復(fù)難度遠(yuǎn)大于二維成像，目前尚無(wú)完善的方法，導(dǎo)致無(wú)法得到高分辨率三維圖像的問題，提出了過完備字典基追蹤動(dòng)目標(biāo)三維成像方法。首先，建立了分布式SAR動(dòng)目標(biāo)回波離散模型；然后，根

6、據(jù)系統(tǒng)構(gòu)型特點(diǎn)和地面散射點(diǎn)分布情況，構(gòu)造了三維過完備字典對(duì)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行了稀疏表示；推導(dǎo)了從稀疏信號(hào)中恢復(fù)散射系數(shù)的欠定方程組表達(dá)式；針對(duì)傳統(tǒng)方法無(wú)法適應(yīng)實(shí)際噪聲分布的問題，提出了改進(jìn)的基追蹤稀疏信號(hào)恢復(fù)法，對(duì)方程組進(jìn)行求解；最終得到了高分辨率的動(dòng)目標(biāo)三維圖像，實(shí)現(xiàn)了對(duì)動(dòng)目標(biāo)的準(zhǔn)確三維刻畫。
　　以上所提的新技術(shù)均是針對(duì)分布式SAR系統(tǒng)在執(zhí)行GMTI任務(wù)中遇到的實(shí)際技術(shù)難題提出的，在理解、剖析并利用系統(tǒng)自身構(gòu)型特點(diǎn)和回波信號(hào)特