本文關(guān)鍵詞： 多通道合成孔徑雷達(dá) 高分辨寬測繪帶 通道誤差校正 局部最大似然加權(quán)最小熵 子空間 波束形成 方位信號重構(gòu) 多普勒中心估計 斜視成像 斜距速度估計 地面動目標(biāo)成像 雜波抑制 干擾抑制　出處：《西安電子科技大學(xué)》2014年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：多通道合成孔徑雷達(dá)(Multi-Channel Synthetic Aperture Radar, MC-SAR)系統(tǒng)因其在高分辨寬測繪帶(High-Resolution and Wide-Swath, HRWS)成像、地面動目標(biāo)檢測、全球數(shù)字高程模型(Digital Elevation Model, DEM):測量及干擾抑制等方向具有獨特優(yōu)勢,已受到雷達(dá)成像和遙感等領(lǐng)域?qū)＜业年P(guān)注,成為國內(nèi)外研究的熱點。HRWS對地觀測是未來MC-SAR系統(tǒng),特別是星載MC-SAR系統(tǒng)的發(fā)展趨勢。傳統(tǒng)的單通道SAR系統(tǒng)為了獲得方位的高分辨必須同時滿足方位天線面積最小且高脈沖重復(fù)頻率(Pulse Repetition Frequency, PRF)要求。然而為了克服距離模糊影響獲得距離寬測繪帶,要求PRF不能過高。由此帶來了“天線最小面積約束”問題。結(jié)合數(shù)字波束形成技術(shù)(Digital Beam-Forming,DBF)多通道SAR系統(tǒng)可以有效地解決這個問題來實現(xiàn)HRWS對地觀測。本文以SAR系統(tǒng)實現(xiàn)HRWS成像發(fā)展需求為目的,針對多通道SAR成像中存在的關(guān)鍵問題和難點,圍繞國家自然科學(xué)基金優(yōu)秀青年基金“高分辨雷達(dá)成像技術(shù)”、高等學(xué)校博士學(xué)科點專項科研基金“天基高分辨率合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)”、民口973項目“稀疏微波成像信號處理方法研究”和國家自然科學(xué)基金重大項目“多維度微波成像信息處理研究”等項目的研究任務(wù),從MC-SAR成像中存在的通道誤差校正、多普勒參數(shù)估計、斜視成像、動目標(biāo)雜波抑制和成像處理、干擾抑制等方面展開研究。論文的內(nèi)容可概括為如下六個部分：(1) MC-SAR的回波信號模型及通道誤差建模本文第二章研究了MC-SAR系統(tǒng)的回波信號模型。首先對理想情況下MC-SAR系統(tǒng)的回波信號進(jìn)行建模；接著考慮到在實際MC-SAR系統(tǒng)工作過程中會存在通道誤差,如幅度相位誤差、距離采樣時間誤差、天線位置測量誤差等,結(jié)合系統(tǒng)的回波模型對通道誤差進(jìn)行討論,同時把天線位置測量誤差分解為沿方位向基線位置測量誤差和隨距離空變的相位誤差兩個部分；對已有的通道誤差校正方法如基于子空間的通道誤差校正方法和基于相關(guān)函數(shù)的通道誤差校正方法進(jìn)行討論,并對現(xiàn)有的方位多普勒解模糊算法如傳遞函數(shù)法、空時自適應(yīng)處理方法進(jìn)行介紹,同時提出了基于多個多普勒方向約束的解模糊算法,仿真實驗和實測的機載七通道SAR數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗證了提出的解模糊算法的可行性和有效性。(2) MC-SAR空變的通道誤差校正技術(shù)本文第三章研究了在HRWS成像過程中,MC-SAR空變的通道誤差校正。首先提出了一種基于子空間且考慮隨距離空變的通道誤差校正方法,其包括通道誤差粗校正和通道誤差精校正兩個步驟。對于通道誤差粗校正,在兩維頻率域?qū)νǖ婪群拖辔徽`差、距離采樣時間誤差進(jìn)行估計和校正。在精校正過程中,將估計出沿方位向的基線位置測量誤差、距離空變的通道相位誤差。對于隨距離空變的通道相位誤差,把粗校正之后的MC-SAR回波變換到距離脈壓方位多普勒域,并沿距離向進(jìn)行分塊和估計各子塊的相位誤差,最后結(jié)合估計得到的各子塊相位誤差利用擬合和濾波處理方式就可以估計得到隨距離空變的通道相位誤差。接著在距離脈壓后方位多普勒域?qū)﹄S距離空變的通道誤差進(jìn)行補償,而沿方位向的基線位置測量誤差是在利用多個方向約束解模糊算法進(jìn)行方位無模糊多普勒譜重構(gòu)過程中得到校正的。最后通過實測的機載七通道SAR數(shù)據(jù)的處理結(jié)果驗證了該通道誤差校正算法的有效性。本文第三章還提出了基于局部最大似然加權(quán)最小熵(Local Maximum-Likelihood Weighted Minimum Entropy, LML-WME)的通道誤差校正算法。該算法是先利用粗校正方式對MC-SAR回波進(jìn)行預(yù)處理,接著在距離脈壓域?qū)夭〝?shù)據(jù)沿距離方向進(jìn)行分塊,并利用WME算法估計各個子塊的相位誤差。最后結(jié)合估計得到的各子塊的相位誤差利用LML算法對隨距離空變相位誤差進(jìn)行估計。相比于前面的算法,該算法無需冗余的通道自由度來構(gòu)造子空間進(jìn)行通道誤差估計。仿真實驗和實測的機載五通道SAR數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗證了該算法的有效性和可行性。(3)斜視模式的MC-SAR成像處理技術(shù)本文第四章研究了斜視模式的MC-SAR信號模型,提出了一種基于多普勒中心估計和兩步聚焦的斜視模式MC-SAR成像算法。對于多普勒中心估計,提出了一種穩(wěn)健的基于最小熵的多普勒中心(Robust Entropy-based Doppler Centroid, REDC)估計算法。該算法聯(lián)合利用相鄰?fù)ǖ乐g的相關(guān)函數(shù)進(jìn)行基帶多普勒中心估計,接著利用最小熵準(zhǔn)則進(jìn)行多普勒中心模糊數(shù)求解。在成像處理過程中,利用時域走動校正方式對各個通道回波進(jìn)行走動校正,再利用多個多普勒方向約束的解模糊算法進(jìn)行方位多普勒譜重構(gòu)�？紤]到時域走動校正會帶來沿方位空變分量,在成像處理過程中,第一步操作先對統(tǒng)一的徙動量和相位進(jìn)行補償和處理,第二步操作是對沿方位空變量進(jìn)行補償和處理。經(jīng)過處理之后就可以獲得聚焦好的成像結(jié)果。仿真實驗和實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗證了該算法的性能。(4) DPCA條件下HRWS成像模式的MC-SAR中動目標(biāo)成像技術(shù)本文第五章研究了在DPCA (Displaced Phase Center Antenna, DPCA)條件下,HRWS模式的MC-SAR中動目標(biāo)的回波信號模型,并提出了一種基于局部最大似然最小熵(Local Maximum-Likelihood Minimum Entropy, LML-ME)的動目標(biāo)成像算法。在MC-SAR中,動目標(biāo)回波在不同通道之間存在一個隨距離頻率空變的相位誤差。為了校正該相位誤差,提出了基于LML-ME的相位估計算法。接著,利用該相位誤差和距離頻率的線性關(guān)系來估計動目標(biāo)斜距速度。在利用DPCA條件對動目標(biāo)方位多普勒信號進(jìn)行重構(gòu)和相位誤差補償之后,利用估計得到斜距速度進(jìn)行走動校正和多普勒中心頻移校正。其次利用keystone變換進(jìn)行二次距離徙動校正。最后進(jìn)行方位聚焦處理即可獲得聚焦的動目標(biāo)成像結(jié)果。理論分析表明該過程無需插值處理。利用仿真實驗和五通道海洋艦船SAR數(shù)據(jù)處理結(jié)果驗證了該成像算法的有效性。(5)在HRWS模式下MC-SAR穩(wěn)健的雜波抑制和動目標(biāo)成像技術(shù)本文第六章研究了MC-SAR中動目標(biāo)和雜波回波在距離脈壓方位chirp傅里葉變換(Range-Compression and Azimuth Chirp Fourier Transform, RC-CFT)域的信號形式,并提出了穩(wěn)健的雜波抑制和動目標(biāo)成像算法。首先,將MC-SAR中動目標(biāo)和雜波回波變換到RC-CFT域中,即獲得其對應(yīng)的粗聚焦圖像。考慮到動目標(biāo)在成像場景中稀疏且雜波回波和動目標(biāo)回波在空域中具有不同的信號特性,可以通過在空域中構(gòu)造一系列濾波器來提取動目標(biāo)回波信號。為了估計動目標(biāo)斜距速度,利用提取的動目標(biāo)回波構(gòu)造兩組信號。接著,利用基帶多普勒中心估計算法和多視互相關(guān)多普勒中心模糊數(shù)求解方式來估計動目標(biāo)斜距速度。利用估計得到斜距速度進(jìn)行走動校正和方位聚焦處理之后,即可獲得聚焦好的動目標(biāo)圖像。此外,該算法不僅適用于方位空域均勻采樣情況,同時也適用于非均勻采樣情況。最后仿真實驗驗證了該算法的可行性,機載七通道SAR回波數(shù)據(jù)處理結(jié)果同樣也驗證了論文中的分析和該算法的有效性。(6) MC-SAR成像中干擾抑制技術(shù)本文第七章研究了MC-SAR系統(tǒng)中干擾信號的特點,提出了基于時頻變換的干擾抑制算法和基于波束形成的欺騙式干擾抑制算法。對于基于時頻變換的干擾抑制算法,其先在短時傅里葉(Short Time Fourier Transform, STFT)域?qū)φ瓗Ц蓴_或?qū)拵Ц蓴_進(jìn)行瞬時譜估計。接著,利用小波變換對干擾信號進(jìn)行表示,同時在小波域中利用恒虛警檢測器(Constant False Alarm Rate, CFAR)構(gòu)造濾波器對干擾進(jìn)行濾波處理。把濾波之后的小波系數(shù)恢復(fù)到SAR原始回波數(shù)據(jù)域,即可完成干擾抑制,仿真實驗和實測數(shù)據(jù)的處理結(jié)果驗證了該算法的可行性。對于基于波束形成的欺騙干擾抑制算法,其根據(jù)真實場景回波信號和干擾信號在空域中的不同特點,利用空域波束形成方式對欺騙式干擾進(jìn)行抑制,仿真實驗驗證了該欺騙式干擾抑制算法的有效性。
[Abstract]:......
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TN957.52

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本文編號：1445678