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题目:单通道SAR运动目标检测算法

关键词:合成孔径雷达,地面运动目标检测,SAR成像,剪切平均,图像序列,协方差分解,空时自适应处理

  摘要

自二十世纪五十年代以来,合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar)作为一种高分辨率成像系统在军事和民用中一直发挥着重要的作用,随着技术的发展与实际的需要,利用合成孔径雷达进行地面运动目标检测(Ground Moving Target Indication)以逐渐成为雷达研究中一个非常重要的部分。目前许多国家都在不断探索更高效实用的检测方法。本论文在对单通道SAR-GMTI的基本理论及现有方法进行深入分析的基础上,重点研究了在单通道SAR图像中通过子孔径划分实现GMTI的处理方法及信号处理中的关键技术,如:子孔径获取、不同目标在子孔径中的成像特性、多子孔径与多通道空时信息的等价性等。具体工作概括如下:(1)SAR成像处理中两种常用方法的性能分析。在探讨常规SAR成像时,针对匹配滤波与解调频压缩这两种方法在信噪比、分辨能力与测距精度等方面的性能进行比较。给出了匹配滤波比解调频方法抗噪性更好的结论。(2)剪切平均聚焦方法。本论文介绍了基于剪切平均的SAR聚焦处理算法,通过运动目标相位误差估计与校正,使分散的能量重新聚集,从而检测出运动目标。并详细分析了该方法的检测性能。(3)子孔径的获取与对消处理。本论文从单通道SAR图像入手,通过方位向频域划分,构造出多子孔径以及其对应的图像序列。从时域和频域两个方面,详细分析了运动目标和静止目标在子孔径图像中的成像差异,结合二维自适应方法实现图像间的配准,并基于不同目标的成像特性,通过子图像间的对消检测出运动目标。(4)图像序列协方差分解。在获得单通道图像序列的基础上,本论文结合相邻子孔径间协方差矩阵的特性,基于协方差矩阵分解后特征值对运动目标信号的敏感性,通过理论分析给出特征值与动目标参数间的关系以及特征值的概率密度函数,并针对图像域样本协方差在估计精度与目标能量损失之间的矛盾进一步提出了距离多普勒域的改进方法。(5)多子孔径的空时自适应性。本论文结合多通道空时二维信号进行杂波抑制的思想,将不同子孔径在时间上的延迟转化为空间上的差异。首先建立起多子孔径空时二维信号模型,在此基础上采用自适应方法作杂波抑制。进一步分析了多子孔径空时自适应处理的性能特性。从运动目标速度与子孔径等效相位中心距离、子孔径个数的关系,目标检测的虚警率,检测概率与信噪比,信杂比及能量损失因子的关系入手,详细讨论了不同参数在处理性能中带来的影响。