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与其它地面运动目标检测算法相比,顺轨干涉技术在地面慢速运动目标检测方面具有优势。论文以机载双天线干涉SAR地面慢速运动目标检测为主要研究目标,分别研究了顺轨干涉构型和存在交轨基线分量的混合基线构型下地面慢速运动目标的检测方法。并围绕实验数据针对实际工程问题进行了研究,并对所提方法采用实测数据进行了验证。论文的主要工作和创新性包括以下几个方面:
1.根据运动目标回波模型,从理论上推导了运动目标经静止地球匹配滤波器输出的点扩展函数,推导结果能够对运动目标由于速度导致的散焦效应进行较准确的描述。在考虑运动目标散焦效应的基础上,推导出了顺轨干涉构型下,运动目标信号的干涉域精确表示,计算机仿真结果验证了理论结果对于慢速运动目标的有效性。
2.针对存在交轨基线分量的混合基线构型,对运动目标信号进行了建模分析,指出目标所处真实位置和目标所处杂波单元两种地形分量对运动目标干涉相位的作用方式不同,修正了文献中对存在交轨基线时运动目标干涉相位表示的不准确。并针对慢速运动目标假设,提出一种精确的地形干涉相位估计和补偿算法,该算法通过去平地、曲面拟合和基于直方图统计特性的剩余地形干涉相位估计三步操作完成对地形干涉相位的估计和补偿。
3.基于地形相位的估计和补偿算法,论文分别给出了从原始雷达数据到运动目标检测的一整套ATI和DPCA检测算法。在ATI检测算法中考虑了杂波统计特性的非各向同性差异并提出可通过分块处理的方式改善检测性能,在ATI检测之后融合一致性检验以降低由于地面强静止目标造成的虚警。为提高慢速运动目标检测的稳健性,对ATI和DPCA检测结果进行了融合,并利用实测数据进行了验证。
4.针对实际工程中影响双通道运动目标检测系统性能的几个主要因素:ⅰ)通道误差;ⅱ)基线不准确;ⅲ)电缆延迟导致的斜距延迟误差,提出一整套系统误差校正的理论与方法。主要体现在:ⅰ)在通道误差方面,提出了针对运动目标检测的两步通道误差校正技术,其中快频域通道误差校正采用论文提出的能够同时校正宽带雷达系统传递函数不理想和接收机IQ不一致的校准脉冲技术,慢频域通道误差校正通过均衡实现。ⅱ)提出一种混合基线构型下基于回波数据域的顺轨基线估计算法,该算法解决了长期以来外场定标算法无法确定顺轨基线的问题,实测数据的估计结果表明,相比测量手段本文方法精度更高,数据处理的结果也表明利用本文的基线估计结果能够获得更高的两通道复图像相关性。ⅲ)针对电缆延迟效应导致的雷达作用距离不准确问题,提出基于Map Drift和对比度最优算法的两步斜距延迟估计,该方法完全基于雷达回波数据而不需要已知的地面控制点(Ground Control Points,GCPs)。实际数据的处理结果表明,所提方法与传统的基于GCPs的外场定标技术相比可达到米级的斜距估计精度。
本论文的研究紧密联系工程实际,研究成果在对中国科学院电子学研究所研制的X波段机载双天线干涉SAR实验数据的处理中取得了较好的结果。这些成果为下一步地面运动目标检测系统的设计和算法实现提供了理论依据和技术基础。