SAR-GMTI系统运动目标参数快速估计方法研究

发布时间：2017-03-20 09:02

  本文关键词：SAR-GMTI系统运动目标参数快速估计方法研究，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：雷达技术是以电磁波为载体,具有全天时、全天候和远距离探测的优势。地面运动目标检测(GMTI)作为雷达技术的重要分支,能够有效检测地面运动目标,是实现目标跟踪与识别的基本前提。将GMTI与SAR相结合,在对观测场景成像的同时,能够侦测运动目标,并可以将运动目标定位于SAR图像上,极大的丰富了运动目标的动态信息,在军用和民用方面都具有重要应用价值。但在SAR-GMTI实际应用中,运动目标参数不仅造成运动目标成像结果散焦不利于运动目标识别,而且使得运动目标方位位置偏离其真实位置导致不能正确定位。同时,运动目标参数是实现运动目标跟踪和分类的重要参考依据。运动目标径向速度主要面临模糊估计(相位法)和运算量巨大(幅度法)的问题,而运动目标方位向速度主要面临搜索导致的运算量大的问题,这都不利于对运动目标参数估计实时性要求较高的现代SAR-GMTI系统。所以,研究运动目标参数的快速估计方法具有重要意义。论文针对以上问题,主要研究内容包括以下几个方面：1.针对SAR-GMTI系统运动目标径向速度估计存在相位模糊的问题,提出一种双通道距离频率干涉相位解径向速度模糊的方法,其本质是利用了不同距离频率对应不同波长实现径向速度解模糊。该方法通过构造干涉相位与距离频率的线性关系,利用干涉相位随距离频率变化的斜率实现径向速度无模糊估计。当相邻距离频率对应的干涉相位之差小于π时,利用模糊的干涉相位估计的斜率与无模糊的干涉相位估计的斜率相同,即该斜率与干涉相位缠绕无关,所以所提方法具有不受相位缠绕影响的优点。将所提方法与相位中心偏置天线技术相结合,可以实现所提方法在杂波背景下无模糊估计运动目标径向速度。利用相位缠绕、杂波背景等方面仿真分析和实测数据处理验证了所提方法的有效性。2.针对径向速度估计存在相位模糊的问题,提出一种基于单通道多普勒域相位信息解径向速度模糊方法。在合成孔径时间内,恒定的径向速度导致运动目标在不同观测视角下保持恒定的多普勒中心偏移,即多普勒频率对应的相位是随径向速度恒定变化的,利用相位随多普勒频率变化的斜率即可实现径向速度估计。所提方法首先在距离频域做两视处理,分别转换到多普勒域做干涉处理,使得运动目标的干涉相位满足相位连续性假设。利用最小二乘线性拟合估计干涉相位关于多普勒频率的斜率,径向速度可由该斜率计算得到。将所提方法应用于估计多个运动目标径向速度的情况,分析了在距离脉压域可分、多普勒域可分和距离频域-多普勒域可分的条件,能够在多个运动目标情况下实现分别估计单一运动目标径向速度。该方法不仅具有较高的实时性,而且在多普勒域能够同时估计多个目标径向速度,具有较高实用价值。仿真和实测数据处理验证了所提方法的有效性。3.针对幅度法(Radon变换)估计运动目标径向速度所面临的巨大运算量问题,提出了一种基于Radon变换的快速估计方法。该方法通过开发运动目标在Radon域失配结果的几何信息,构造Radon变换角度与运动目标距离走动倾斜角度的几何关系,从而实现运动目标径向速度的无模糊估计。在该方法中,运动目标径向速度可以通过两次Radon变换结果计算而非搜索得到。所提方法通过利用几何信息,将传统Radon变换估计方法的二维搜索问题降为一维搜索问题,大大降低了运算量,而且避免了传统Radon变换角度搜索步长的折衷选择问题。针对实际应用环境中的杂波、噪声和测量误差等影响,通过开发利用Radon域的几何信息,分别提出了稳健的方法(CSRT、NBRT和ALRT),既保证了方法的一致性,又从新的角度去考虑问题,创新的提出了有效的解决方法。将三种稳健方法CSRT、 NBRT和ALRT相结合,使得联合后Radon变换方法(URT)同时具备三种方法的优点,更适合在实际环境中应用。仿真试验和实测数据处理定性和定量验证了所提方法的有效性,将URT方法用于实测数据处理,取得了较好的估计效果。4.针对运动目标方位向速度和多普勒调频率估计由于搜索导致的巨大运算量问题,提出了基于分数阶Fourier变换的快速估计方法。该方法通过分析失配结果边缘曲线所构成的函数,而该函数的最优值对应运动目标方位向速度和多普勒调频率信息。通过两次分数阶Fourier变换抵消失配结果边缘曲线函数中的常数项,构造分数阶Fourier变换角度与运动目标时频角度的关系,进而实现运动目标方法向速度和多普勒调频率的估计。该方法由于只利用了两次分数阶Fourier变换,避免了由于搜索导致的运算量巨大和搜索步长折衷选择的问题,具有较高的实时性。针对SAR系统方位向不满足奈奎斯特采样定律的情况,提出了利用压缩感知高效实现运动目标的稀疏成像,该方法利用了所提分数阶Fourier变换快速估计方法的思想,通过三次稀疏恢复即可实现运动目标的稀疏成像,避免了传统方法冗余字典搜索导致的巨大运算量。仿真和实测数据处理验证了所提方法的有效性。
【关键词】：合成孔径雷达 地面运动目标检测 运动目标参数快速估计 Radon变换 分数阶Fourier变换
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符号对照表13-14
• 缩略语对照表14-18
• 第一章 绪论18-32
• 1.1 研究背景和意义18-20
• 1.2 SAR-GMTI系统发展现状20-27
• 1.2.1 机载SAR-GMTI20-23
• 1.2.2 星载SAR-GMTI23-27
• 1.3 SAR-GMTI技术的研究历史与现状27-29
• 1.3.1 运动目标检测27-28
• 1.3.2 运动目标参数估计28-29
• 1.4 论文的主要内容和安排29-32
• 第二章 距离频率干涉相位解运动目标径向速度模糊方法32-46
• 2.1 引言32-33
• 2.2 双通道距离频率干涉相位解径向速度模糊方法33-36
• 2.2.1 问题提出33
• 2.2.2 双通道距离频率干涉相位估计方法33-36
• 2.3 性能分析36-41
• 2.3.1 杂波背景下的应用36-37
• 2.3.2 相位缠绕的影响37-38
• 2.3.3 相位敏感性分析38-40
• 2.3.4 系统流程40-41
• 2.4 仿真与实测数据处理41-45
• 2.4.1 理想情况41-42
• 2.4.2 估计性能分析42-43
• 2.4.3 杂波背景43-44
• 2.4.4 实测数据44-45
• 2.5 总结45-46
• 第三章 单通道多普勒域相位无模糊估计快速运动目标速度46-64
• 3.1 引言46-47
• 3.2 问题提出47-49
• 3.2.1 信号模型47-48
• 3.2.2 相位连续性假设48-49
• 3.3 单通道两视干涉相位无模糊估计方法49-53
• 3.3.1 理想情况49-51
• 3.3.2 方位向速度的影响51-53
• 3.4 多个运动目标的速度估计53-55
• 3.4.1 距离脉压域分离53-54
• 3.4.2 多普勒域分离54
• 3.4.3 距离频域-多普勒域分离54-55
• 3.5 系统流程55-56
• 3.6 仿真与实测数据处理56-62
• 3.6.1 相位缠绕的影响57
• 3.6.2 两视距离频率单元间隔的影响57-59
• 3.6.3 估计性能分析59-60
• 3.6.4 在多个运动目标情况下的应用60-61
• 3.6.5 实测数据处理61-62
• 3.7 结论62-64
• 第四章 基于Radon变换的运动目标径向速度快速估计方法64-94
• 4.1 引言64-65
• 4.2 信号模型65-71
• 4.2.1 距离徙动校正66-68
• 4.2.2 传统基于幅度的径向速度估计方法68-71
• 4.3 基于Radon变换的高效估计方法71-76
• 4.3.1 ERT方法的基本原理71-74
• 4.3.2 阈值选择分析74-76
• 4.4 稳健方法76-86
• 4.4.1 杂波背景77-81
• 4.4.2 噪声背景81-83
• 4.4.3 存在归一化投影长度测量误差情况83-84
• 4.4.4 综合考虑84-86
• 4.5 仿真与实测数据处理86-92
• 4.5.1 与传统估计方法对比分析86-88
• 4.5.2 杂波背景88-89
• 4.5.3 噪声背景89
• 4.5.4 实测数据处理89-92
• 4.6 结论92-94
• 第五章 基于FRFT的方位向速度快速估计及运动目标快速稀疏成像94-106
• 5.1 引言94-95
• 5.2 信号模型95-96
• 5.3 基于FRFT的高效估计方法(EFRFT)96-98
• 5.4 基于CS的运动目标高效稀疏成像(ECS)98-100
• 5.5 仿真与实测数据处理100-105
• 5.5.1 与传统方法对比分析100-101
• 5.5.2 稀疏采样率对ECS方法的影响101-102
• 5.5.3 实测数据处理102-105
• 5.6 结论105-106
• 第六章 结束语106-110
• 6.1 本文内容总结106-107
• 6.2 工作展望107-110
• 参考文献110-128
• 致谢128-130
• 作者简介130-131
• 1. 基本情况130
• 2. 教育背景130
• 3. 在学期间的研究成果130-131
• 3.1 发表的学术论文130-131
• 3.2 发明专利和科研情况131

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 梅晓春;SAR系统GMTI模式下目标特性分析和数据处理[J];雷达科学与技术;2003年01期

2 杨凤凤;梁甸农;刘建平;;地球自转对分布式星载SAR-GMTI的影响[J];国防科技大学学报;2006年01期

3 杨凤凤;梁甸农;张永胜;;分布式星载SAR-GMTI时频同步误差去相关分析[J];信号处理;2008年04期

4 ;Canonical framework for multi-channel SAR-GMTI[J];Journal of Systems Engineering and Electronics;2008年05期

5 姜岩;陈筠力;王

本文编号：257479