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地面运动目标检测成像是合成孔径雷达(SAR)领域中一个十分活跃的研究热点,无论在军事上还是在民用中都具有非常重要的作用。本论文研究了三天线合成孔径雷达动目标的检测成像方法,针对如何提高动目标检测概率,全面获取动目标的运动参数并对动目标精确聚焦成像进行了研究。
本文的主要贡献包括:
(1)研究了SAR成像理论及运动目标回波的特点,给出运动目标的多普勒参数与目标运动参数之间的关系,指出目标运动会造成距离单元位移、方位位置偏移和图像散焦三大影响,并给出计算机仿真验证。总结了单天线及多天线系统动目标检测成像方法,分析其利与弊,并给出适用情况。
(2)对SAR动目标检测成像过程进行深入分析,提出动目标检测成像需要解决的三个问题:①如何在杂波背景中检测动目标;②如何对动目标进行方位向聚焦成像处理;③如何在SAR图像中将动目标显示在其实际位置。
(3)由于杂波抑制性能将直接影响动目标检测成像结果,因此本文分析了空时自适应处理(STAP)方法,针对全STAP方法运算量较大的问题,提出了几种可以减小运算量的准最优STAP方法,给出了不同方法的运算量。
(4)比较了预警雷达和SAR在应用STAP方法时的联系与区别,针对SAR系统的特点,创新性地提出了适合于SAR的,不同于预警雷达空间时间域处理的空间频率域STAP算法,并给出具体实现流程。文中给出了其杂波抑制后的信噪比改善,比较了不同情况下的改善因子,由于其良好的杂波抑制性能,将提高动目标检测性能。
(5)分析了时空等效性原理,通过对时空等效后数据的深入分析,给出了时空等效后数据与目标运动参数之间的关系,进而给出了动目标成像算法。通过分析可以得到:目标径向速度将引起时空等效后数据相位的不同,即使很小的速度也将引起相位的差别,根据相位差便可计算出速度,因此可以应用到慢速目标。
(6)分析了多通道SAR回波数据,提出了一种新的动目标检测成像方法——结合频率域STAP算法与时空等效性算法。该方法综合了频率域STAP算法良好的杂波抑制效果,因而可以提高检测性能,并且综合了时空等效原理的简便性和可以成像出慢速目标的特点。因此,本算法可以应用较少的天线系统对动目标同时完成检测和成像,并且可以提高检测性能和应用到慢速目标,仿真证实了该算法的可行性。