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合成孔径雷达(SAR)地面运动目标检测在军用和民用方面都发挥着重要的作用,有着广阔的发展前景。目前,世界上众多国家都在积极开展SAR运动目标检测和成像的研究。SAR-GMTI技术可以分为单通道和多通道雷达体制和方法。绝大多数的单通道方法没有抑制杂波,并且需要较大的回波信杂噪比(SCNR)和距离向速度,因此难以检测弱目标和慢速运动目标。而多通道方法,利用杂波的空时耦合关系有效地抑制杂波,检测性能大大优于单通道系统,正逐步成为SAR运动目标检测系统的主流。
本文从SAR运动目标的成像理论出发,研究了多通道体制下相位中心偏置天线(DPCA)方法、方位沿迹干涉(ATI)和空时二维自适应处理(STAP)三种主要SAR-GMTI方法及参数估计相关的问题。论文的主要内容和贡献有:
1、深入研究了DPCA方法实现动目标检测和参数估计的基本原理,从CFAR检测数据域的角度将DPCA方法分为四类,定性地比较了各种方法的性能。详细介绍了复图像域DPCA方法的原理并通过仿真实验进行了验证。针对常规DPCA方法不能估计动目标运动参数的不足,提出了一种结合分数阶傅立叶变换的两通道DPCA方法,在提高目标检测概率的同时,还可以较为精确地对目标进行参数估计。此外,针对实测回波数据DPCA处理中遇到的图像配准问题,提出了一种粗配准和精配准相结合的方法,在保证图像配准精度的同时,大大节省了运算量,并取得了较好的杂波对消效果。
2、深入研究了ATI运动目标检测技术,介绍了两种不同的天线工作方式,以及每种工作方式的优缺点。对ATI动目标检测性能如最小可检测速度、检测概率、虚警概率等指标进行了深入的分析,以及杂波、噪声、基线长度等因素对检测性能的影响。针对ATI方法对动目标方位向速度估计的不足和动目标方位向散焦现象带来的参数估计精度下降,提出了一种基于时频分析与Deramp技术的三通道方法,不但使动目标在进行相位干涉之前能够很好的聚焦,提高了运动目标检测性能以及动目标距离向速度和方位向位置估计的精度,而且能够对动目标方位向速度进行较高精度的估计。最后通过仿真验证了该方法的正确性和有效性。
3、深入研究了STAP原理和Ender提出的基于多普勒域降维STAP的多通道SAR-GMTI理论；总结了STAP在预警机雷达和合成孔径雷达两种体制下的应用的区别；深入分析比较了两种基于多普勒域降维STAP的多通道方法,并通过数据仿真对两种方法进行了验证。
4、建立了多通道SAR回波模型,深入研究了全维空时STAP方法和多普勒域降维的STAP方法,并进行了仿真验证。提出了一种基于FrFT和多普勒域降维STAP的动目标检测和参数估计方法。该方法采用FrFT补偿了目标的方位向速度,并且计算复杂度相比全维空时自适应处理方法大大下降,同时能够较为精确地对动目标进行参数估计,具有较高的实际应用价值。