分布式SAR運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)雷達(dá)陣列誤差估計(jì)方法研究.pdf

1、二十世紀(jì)九十年代中后期，一種新的天基雷達(dá)體制受到了極大的重視，這就是編隊(duì)飛行衛(wèi)星群，也稱(chēng)為分布式衛(wèi)星或星座。這種編隊(duì)飛行的衛(wèi)星群一般由若干顆小衛(wèi)星作為伴隨衛(wèi)星和一顆中心衛(wèi)星組成。這些小衛(wèi)星構(gòu)成一定形狀的星座并按一定的構(gòu)形運(yùn)行，通過(guò)相互之間的協(xié)同工作來(lái)完成某種任務(wù)。經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)能壍涝O(shè)計(jì)，編隊(duì)衛(wèi)星可以在基本上不消耗燃料的情況下穩(wěn)定可靠的沿特定的軌道運(yùn)行。小衛(wèi)星具有質(zhì)量輕、體積小，研制周期短、成本低，發(fā)射靈活、啟用速度快、抗毀性強(qiáng)，性能好、可靠

2、性高等一系列優(yōu)點(diǎn)。此外，利用多顆小衛(wèi)星構(gòu)成編隊(duì)飛行還可以大大提高雷達(dá)探測(cè)的多項(xiàng)功能，如降低地面動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(GMTI)的最小可檢測(cè)速度(MDV)和提高地面高程測(cè)量(InSAR)精度，同時(shí)獲得寬域、高方位分辨率的地面場(chǎng)景SAR圖像等。然而分布式小衛(wèi)星雷達(dá)具有很多優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)也面臨著很多問(wèn)題和挑戰(zhàn)，例如空間陣列超稀疏分布、回波信號(hào)存在距離或/和多普勒模糊以及存在陣列位置測(cè)量誤差等，必須克服這些困難才能把分布式小衛(wèi)星雷達(dá)的優(yōu)勢(shì)發(fā)揮出來(lái)。

3、本論文研究了分布式小衛(wèi)星系統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)和陣列誤差估計(jì)的問(wèn)題。本論文的主要工作可以總結(jié)如下： 1、詳細(xì)分析了影響分布式SAR運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)性能的一些不利因素，并且指出利用傳統(tǒng)的DPCA和ATI等方法進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)時(shí)其性能將受到嚴(yán)重影響。因此，本論文提出了一種基于圖像域的多通道、多像素聯(lián)合自適應(yīng)處理的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及測(cè)速定位方法，該方法利用導(dǎo)向矢量的概念，將目標(biāo)檢測(cè)和測(cè)速定位聯(lián)合起來(lái)實(shí)現(xiàn)，大大提高了雜波的抑制性能，對(duì)圖像配準(zhǔn)誤差和雜波

4、相關(guān)性等具有很高的穩(wěn)健性，可以在不增加衛(wèi)星數(shù)目和運(yùn)算量的情況下同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)和測(cè)速定位。 2、陣列誤差的存在引起的導(dǎo)向矢量偏差會(huì)影響運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)以及運(yùn)動(dòng)參數(shù)的估計(jì)。因此，針對(duì)分布式SAR運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)雷達(dá)，本論文提出了一種超稀疏陣列的誤差估計(jì)方法，此方法利用地面特顯點(diǎn)的回波信號(hào)，對(duì)沿航向誤差和垂直航向及幅相誤差分別進(jìn)行估計(jì)，在估計(jì)過(guò)程中避免了迭代搜索運(yùn)算，且不需要多次復(fù)雜的矩陣求逆，同時(shí)可以獲得較高的誤差估計(jì)精度。

5、 3、在上述提出的誤差估計(jì)與校正方法的基礎(chǔ)上，分別從二維SAR成像和地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)兩個(gè)方面，分析了陣列誤差對(duì)成像和目標(biāo)檢測(cè)性能的影響，通過(guò)仿真誤差估計(jì)前后的二維SAR成像和動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的性能，從實(shí)驗(yàn)的角度分析了不同誤差對(duì)不同應(yīng)用情況的影響程度。而利用上述所提出的誤差估計(jì)方法對(duì)陣列誤差進(jìn)行估計(jì)與補(bǔ)償之后，可以獲得高精度無(wú)模糊的SAR圖像和高性能的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果，從而驗(yàn)證了該方法的有效性。 4、未來(lái)的天基合成孔徑雷達(dá)不但要求對(duì)固

6、定場(chǎng)景進(jìn)行高分辨率三維測(cè)繪，而且要同時(shí)對(duì)地面運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)。而這種空間三維立體陣在檢測(cè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)會(huì)受地形高度起伏的影響，因此需要進(jìn)行地面高程測(cè)量并將其引起的相位補(bǔ)償?shù)?。要獲取精確的高程信息，需要精確的衛(wèi)星基線(xiàn)參數(shù)。因此針對(duì)干涉合成孔徑雷達(dá)本論文提出了一種基于子空間投影的InSAR基線(xiàn)誤差估計(jì)方法，此方法對(duì)噪聲具有良好的抑制作用，而且該方法不需要迭代搜索，可以得到基線(xiàn)誤差的顯式解，估計(jì)精度較高，且對(duì)干涉相位解纏具有較高的穩(wěn)健性。

7、 5、在上述工作的基礎(chǔ)上，仍然利用相鄰像素的聯(lián)合處理，提出了一種穩(wěn)健的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)及高精度的測(cè)速定位方法。此方法將多個(gè)通道以及各個(gè)通道中的多個(gè)像素的聯(lián)合數(shù)據(jù)等效為一個(gè)簡(jiǎn)單的陣列模型，通過(guò)空間投影的方法估計(jì)出存在圖像配準(zhǔn)誤差情況下的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)真實(shí)的導(dǎo)向矢量形式，進(jìn)而可以更精確的估計(jì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的徑向速度與方位位置。 6、本論文針對(duì)動(dòng)目標(biāo)測(cè)速過(guò)程中存在的盲速和速度模糊問(wèn)題分別進(jìn)行了研究，提出可以通過(guò)優(yōu)化衛(wèi)星編隊(duì)的基線(xiàn)組合從理論上消除盲速。而