随机噪声合成孔径雷达性能分析及其信号处理技术研究

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过去五十年,随机噪声信号雷达已被广泛关注。研究表明:随机噪声信号雷达具有十分优良的低截获概率性能、电子反对抗能力、电子兼容性和无模糊测距能力等优势。而合成孔径雷达是一种高分辨率的微波成像雷达,它能全天候、全天时、实时获取大区域图像的能力,已广泛应用于军事和民用领域。现代高科技战争和日益复杂的电磁环境对合成孔径雷达提出了越来越高的要求,为了使合成孔径雷达能更好地发挥优势,将随机噪声雷达技术与合成孔径雷达技术相结合,并开展了随机噪声合成孔径雷达的研究。   本文重点对随机噪声合成孔径雷达的性能和信号处理技术进行了研究和分析,主要包括以下几个方面的内容:   1)斜视随机噪声SAR的距离——多普勒(Range-Doppler,RD)算法   由于随机噪声信号不同于常用的线性调频信号,根据随机噪声信号距离向处理方法,提出了适于斜视随机噪声SAR的改进的RD成像算法。通过仿真实验验证了算法的有效性。   2)随机噪声合成孔径雷达的性能分析   首先针对随机噪声信号的分辨能力,基于信号的时间相关函数推导了矩形和高斯形功率谱形式的随机噪声信号的距离分辨率数学表达式。结果表明:在相同的信号带宽情况下,具有高斯功率谱形式的随机噪声信号比矩形功率谱的随机噪声信号具有更好的距离分辨率,而且也比常规的线性调频信号有更高的距离分辨率。其次,通过研究距离向输入、输出信噪比的关系,分析了线性调频SAR和随机噪声SAR抗矩形功率谱形式的高斯白噪声和高斯功率谱形式的噪声调频信号干扰的能力,分析结果显示随机噪声SAR比线性调频SAR抗高斯白噪声干扰和噪声调频信号干扰分别约有9dB和5dB的优势;同时也对随机噪声SAR抗LFM信号干扰和灵巧噪声干扰进行了仿真实验,结果表明随机噪声SAR比LFM SAR也具有更好的抗干扰性能。然后,给出了随机噪声SAR和线性调频SAR抗互相干扰的理论结果。结果表明:与线性调频信号SAR相比,随机噪声SAR具有更强的抗互相干扰能力。最后,利用同一场景LFM SAR和随机噪声SAR的实测数据,对相干斑进行了分析,分析结果显示随机噪声SAR的相干斑弱于LFM SAR的,同时给出了几种滤波方法及其滤波后的SAR.图像并进行了分析。   3)随机噪声合成孔径雷达自聚焦技术研究   针对机载随机噪声SAR的相位误差,研究了自聚焦技术。在最小熵准则自聚焦基础上,提出一种最小熵的优化方法来快速搜索最优的多普勒调频率,实测数据处理结果验证了该方法的有效性。其次,基于图像对比度自聚焦准则,给出了图像强度的平方和最大化方法,同时提出利用优化算法中的二分法提高其估计多普勒调频率的计算效率,并将提出的优化方法与常用的进退法和优化方法中的黄金分割法进行了对比,实测数据处理结果显示提出方法的有效性和高效性。最后,给出了条带式随机噪声SAR的相位曲率自聚焦算法(phase curvature autofocus,PCA),通过实测数据处理结果验证了该算法的有效性。   4)随机噪声连续波合成孔径雷达初步研究   从距离徙动角度,根据系统参数对随机噪声连续波SAR的信号距离向进行截取,使其雷达平台在距离向信号持续时间内的天线运动对包络的影响可以忽略,并在此基础上提出了分别在频域和时域校正天线在距离向信号持续时间内运动引起的相位项的两种RD成像算法。随后,相比脉冲随机噪声SAR给出了随机噪声连续波SAR的成像增益分析和仿真实验,同时与线性调频连续波SAR相比,分析了随机噪声连续波SAR的峰值旁瓣比、积分旁瓣比和低截获等性能,结果显示随机噪声连续波SAR具有更好的成像效果。
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