SAR-GMTI系統(tǒng)運動目標參數(shù)快速估計方法研究.pdf

1、雷達技術(shù)是以電磁波為載體，具有全天時、全天候和遠距離探測的優(yōu)勢。地面運動目標檢測(GMTI)作為雷達技術(shù)的重要分支，能夠有效檢測地面運動目標，是實現(xiàn)目標跟蹤與識別的基本前提。將GMTI與SAR相結(jié)合，在對觀測場景成像的同時，能夠偵測運動目標，并可以將運動目標定位于SAR圖像上，極大的豐富了運動目標的動態(tài)信息，在軍用和民用方面都具有重要應用價值。
　　但在SAR-GMTI實際應用中，運動目標參數(shù)不僅造成運動目標成像結(jié)果散焦不利于運動

2、目標識別，而且使得運動目標方位位置偏離其真實位置導致不能正確定位。同時，運動目標參數(shù)是實現(xiàn)運動目標跟蹤和分類的重要參考依據(jù)。運動目標徑向速度主要面臨模糊估計（相位法）和運算量巨大（幅度法）的問題，而運動目標方位向速度主要面臨搜索導致的運算量大的問題，這都不利于對運動目標參數(shù)估計實時性要求較高的現(xiàn)代SAR-GMTI系統(tǒng)。所以，研究運動目標參數(shù)的快速估計方法具有重要意義。
　　論文針對以上問題，主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面:
　

3、　1.針對SAR-GMTI系統(tǒng)運動目標徑向速度估計存在相位模糊的問題，提出一種雙通道距離頻率干涉相位解徑向速度模糊的方法，其本質(zhì)是利用了不同距離頻率對應不同波長實現(xiàn)徑向速度解模糊。該方法通過構(gòu)造干涉相位與距離頻率的線性關(guān)系，利用干涉相位隨距離頻率變化的斜率實現(xiàn)徑向速度無模糊估計。當相鄰距離頻率對應的干涉相位之差小于π時，利用模糊的干涉相位估計的斜率與無模糊的干涉相位估計的斜率相同，即該斜率與干涉相位纏繞無關(guān)，所以所提方法具有不受相位纏繞

4、影響的優(yōu)點。將所提方法與相位中心偏置天線技術(shù)相結(jié)合，可以實現(xiàn)所提方法在雜波背景下無模糊估計運動目標徑向速度。利用相位纏繞、雜波背景等方面仿真分析和實測數(shù)據(jù)處理驗證了所提方法的有效性。
　　2.針對徑向速度估計存在相位模糊的問題，提出一種基于單通道多普勒域相位信息解徑向速度模糊方法。在合成孔徑時間內(nèi)，恒定的徑向速度導致運動目標在不同觀測視角下保持恒定的多普勒中心偏移，即多普勒頻率對應的相位是隨徑向速度恒定變化的，利用相位隨多普勒頻率

5、變化的斜率即可實現(xiàn)徑向速度估計。所提方法首先在距離頻域做兩視處理，分別轉(zhuǎn)換到多普勒域做干涉處理，使得運動目標的干涉相位滿足相位連續(xù)性假設(shè)。利用最小二乘線性擬合估計干涉相位關(guān)于多普勒頻率的斜率，徑向速度可由該斜率計算得到。將所提方法應用于估計多個運動目標徑向速度的情況，分析了在距離脈壓域可分、多普勒域可分和距離頻域-多普勒域可分的條件，能夠在多個運動目標情況下實現(xiàn)分別估計單一運動目標徑向速度。該方法不僅具有較高的實時性，而且在多普勒域能夠

6、同時估計多個目標徑向速度，具有較高實用價值。仿真和實測數(shù)據(jù)處理驗證了所提方法的有效性。
　　3.針對幅度法（Radon變換）估計運動目標徑向速度所面臨的巨大運算量問題，提出了一種基于Radon變換的快速估計方法。該方法通過開發(fā)運動目標在Radon域失配結(jié)果的幾何信息，構(gòu)造Radon變換角度與運動目標距離走動傾斜角度的幾何關(guān)系，從而實現(xiàn)運動目標徑向速度的無模糊估計。在該方法中，運動目標徑向速度可以通過兩次Radon變換結(jié)果計算而非搜

7、索得到。所提方法通過利用幾何信息，將傳統(tǒng)Radon變換估計方法的二維搜索問題降為一維搜索問題，大大降低了運算量，而且避免了傳統(tǒng)Radon變換角度搜索步長的折衷選擇問題。針對實際應用環(huán)境中的雜波、噪聲和測量誤差等影響，通過開發(fā)利用Radon域的幾何信息，分別提出了穩(wěn)健的方法(CSRT、NBRT和ALRT)，既保證了方法的一致性，又從新的角度去考慮問題，創(chuàng)新的提出了有效的解決方法。將三種穩(wěn)健方法CSRT、NBRT和ALRT相結(jié)合，使得聯(lián)合后

8、Radon變換方法(URT)同時具備三種方法的優(yōu)點，更適合在實際環(huán)境中應用。仿真試驗和實測數(shù)據(jù)處理定性和定量驗證了所提方法的有效性，將URT方法用于實測數(shù)據(jù)處理，取得了較好的估計效果。
　　4.針對運動目標方位向速度和多普勒調(diào)頻率估計由于搜索導致的巨大運算量問題，提出了基于分數(shù)階Fourier變換的快速估計方法。該方法通過分析失配結(jié)果邊緣曲線所構(gòu)成的函數(shù)，而該函數(shù)的最優(yōu)值對應運動目標方位向速度和多普勒調(diào)頻率信息。通過兩次分數(shù)階Fo

9、urier變換抵消失配結(jié)果邊緣曲線函數(shù)中的常數(shù)項，構(gòu)造分數(shù)階Fourier變換角度與運動目標時頻角度的關(guān)系，進而實現(xiàn)運動目標方法向速度和多普勒調(diào)頻率的估計。該方法由于只利用了兩次分數(shù)階Fourier變換，避免了由于搜索導致的運算量巨大和搜索步長折衷選擇的問題，具有較高的實時性。針對SAR系統(tǒng)方位向不滿足奈奎斯特采樣定律的情況，提出了利用壓縮感知高效實現(xiàn)運動目標的稀疏成像，該方法利用了所提分數(shù)階Fourier變換快速估計方法的思想，通過三