● 摘要
动目标检测技术是星载合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)发展的热点及趋势之一,目前各航天强国已经利用在轨卫星开展了动目标检测试验,并取得了一定的研究成果。本文在分析与总结经典星载SAR动目标检测技术的基础上,结合多通道体制完成了动目标检测性能分析。在此基础上,进一步研究了基于多通道波束渐近扫描(Terrain Observation with Progressive Scans,TOPSAR)模式的动目标检测模式,并完成回波信号建模与成像方法研究。最后,针对动目标径向速度估计和方位向速度估计,分别提出和研究了基于重构杂波加噪声相关矩阵的SAR动目标径向速度估计方法和基于单星双向成像(Bi-Directional,Bi-Di)模式的方位向速度估计方法,并通过全数字仿真试验验证了方法的有效性。
本文的工作主要体现在以下几方面:
(1)分析总结了当前星载SAR动目标检测技术,阐述了DPCA(Displaced Phase Center Antenna)、ATI(Along-track interferometry)等技术的优缺点,并结合系统参数完成星载SAR动目标检测性能分析。
(2)研究了基于多通道TOPSAR体制的动目标检测成像模式,并基于该模式完成空间几何关系建模,给出了动目标回波信号数学模型。在此基础上,从理论上分析目标运动对回波信号的调制和影响,并给出相应的结论。
(3)面向多通道TOPSAR模式,分别研究了基于BAS(Baseband Azimuth Scaling,BAS)算法和三步成像算法的多通道TOPSAR模式聚焦处理方法,从理论上分析了径向速度和方位向速度对成像质量的影响,并给出了不同速度条件下的成像质量评估结果。
(4)针对目标径向速度估计问题,提出了基于重构杂波加噪声相关矩阵的SAR-GMTI动目标径向速度估计方法,并给出分析结果与结论。
(5)针对目标方位向速度估计问题,研究了基于单星Bi-Di模式的动目标检测新方法,并通过计算机仿真,验证了该算法的精确性,为后续星载SAR动目标检测提出了一条新的技术途径。
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