● 摘要
合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar，SAR）系统能够利用脉冲压缩技术和合成孔径技术获得地面静止场景的高分辨率遥感图像，具有全天时、全天候工作等特点。但是对于地面上大量存在的运动目标，SAR却难以实现高分辨率观测，也无法准确地获取运动信息。在SAR基础上发展起来的具有地面运动目标指示（Ground Moving Target Indication，GMTI）功能的SAR/GMTI工作模式能够利用动、静目标的空时频特性差异实现运动目标检测、定位和测速，拓展了SAR的侦察能力。但是瞬时的位置和速度信息，并不够全面描述目标的运动行为，只有通过连续观测实现跟踪才能为运动目标的监视和控制提供更多信息。因此，基于SAR系统的运动目标检测与跟踪方法研究具有重要意义。
本文针对基于SAR系统进行运动目标检测与跟踪中存在的问题，作了一系列细致深入的研究，主要工作体现在以下几个方面：
1. 提出了凝视观测星载SAR工作模式的构想，该模式通过天线大范围视角变化能够实现长时间连续观测，可用于实现运动目标检测与跟踪。建立了适用于天线大范围视角变化情况下的分段近似斜距模型，得到了在不同天线扫描方式下该工作模式的回波信号模型，并分析了凝视观测星载SAR的图像特性，得出凝视观测星载SAR图像具有低信噪比（Signal-to-Noise Ratio，SNR）、高通道相关性和起伏目标雷达横截面积（Radar Cross Section，RCS）特性的结论。
2. 深入分析了偏置相位中心天线（Displaced Phase Center Antenna，DPCA）技术的杂波抑制性能，这种方法在天线间距满足DPCA条件时，能够取得很好的杂波抑制效果。针对凝视观测星载SAR天线大范围视角变化的问题，分析了双通道天线在电扫描和机械扫描两种不同扫描工作方式下的有效天线间距，给出机械扫描天线的有效天线间距随扫描视角而变化，无法满足DPCA条件；电扫描天线可以获得恒定的有效天线间距，在凝视观测的过程中保持满足DPCA条件，是更适合凝视观测星载SAR的天线扫描方式的结论。
3. 提出了基于粒子滤波的检测前跟踪（Particle Filter based Track-Before-Detect，PF-TBD）算法的SAR运动目标检测与跟踪方法，该方法针对凝视观测星载SAR图像SNR低的特性采用TBD处理思路，基于SAR图像信号建立相应的观测模型并采用粒子滤波PF算法实现。仿真证明该方法应用于SAR系统可以检测并跟踪SNR低至7dB的运动目标；当SNR<14dB时，相较传统的检测后跟踪（Track-After-Detect，TAD）方法，该方法在牺牲一定运算时间的基础上能获得更优的检测与跟踪性能；随后针对PF-TBD算法运算量大的问题，给出了近似计算似然函数的改进方法，仿真证明该方法能够在几乎不损失检测与跟踪性能的前提下显著提高运算效率。
4. 最后本文推导了在TBD处理思路下凝视观测星载SAR系统对匀速运动目标跟踪的后验克拉美罗下界（Posterior Cramer-Rao Lower Bound，PCRLB）。分别研究了SNR、观测模型和随机相位误差对PCRLB的影响，为日后工程可行性分析和次优算法的参数设置提供了理论依据。