学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示
多通道低频超宽带SAR/GMTI系统长相干积累STAP技术研究
作 者: 常玉林
导 师: 周智敏
学 校: 国防科学技术大学
专 业: 信息与通信工程
关键词: 超宽带 合成孔径雷达 多通道 运动目标指示 空时自适应处理 长相干积累时间
分类号: TN957.51
类 型: 博士论文
年 份: 2009年
下 载: 255次
引 用: 4次
阅 读: 论文下载
内容摘要
不同于高频SAR/GMTI系统,低频UWB SAR/GMTI系统的波束角很大,运动目标信号能量散布于较大角度范围内,输入信杂噪比很低;波长较长,对运动目标径向速度的敏感程度较低,这些因素的存在,给低频UWB SAR/GMTI系统下的运动目标检测带来了很大困难。本文采用结合了“长相干积累间隔”(Long Coherent Processing Intervals,长CPI)思想和“空时自适应处理”(Space Time Adaptive Processing, STAP)思想的长CPI STAP技术,作为低频UWB SAR/GMTI系统的运动目标检测手段。长CPI STAP技术是传统STAP技术的推广,它突破了传统STAP“一个CPI之内运动目标和载机之间的距离走动不超过一个距离采样单元”的限制,可利用更长CPI,达到更高的输出信杂噪比和更强的运动目标检测能力。本论文对长CPI STAP的理论和方法进行了系统的研究。在长CPI STAP的基本理论方面,本文分析了运动目标和地杂波的长CPI STAP空时谱,指出当观测角度变化范围较大时,运动目标的长CPI空时谱则可能为非线性的;提出了长CPI STAP基本模型,和传统短CPI STAP模型仅包含空间-慢时间二维采样不同,本文的长CPI STAP基本模型包含空间维-慢时间维-快时间维的三维采样,可适应运动目标的跨距离单元走动;分析了长CPI STAP降维处理和短CPI STAP降维处理的差异,指出了长CPI STAP降维滤波器的设计原则。本文第三章将长CPI STAP基本模型变换到频率-多普勒域,设计了频率-多普勒域的最优长CPI STAP滤波器,并根据不同频率-多普勒单元的杂波统计独立性,对其进行降维处理。降维处理后,频率-多普勒域长CPI STAP分为“频率-多普勒域局部STAP”和“频率-多普勒域局部STAP结果相干积累”两大步骤。其中,“频率-多普勒局部STAP”对每一个频率-多普勒单元进行,“频率-多普勒域局部STAP后结果相干积累”要求先取出一定速度对应的频率-多普勒STAP结果,然后采用ω-k成像算法完成相干积累,这两个步骤均可设计为与运动目标位置参数无关的形式,从而可对场景中所有位置的运动目标同时进行长CPI STAP。在以上基础上,提出了频率-多普勒域长CPI STAP运动目标检测流程,并对其性能进行了预测。本文第四章将长CPI STAP基本模型变换到图像域,设计了图像域最优长CPI STAP滤波器,该模型包含空间-方位向-距离向三维,能够适应运动目标可能在UWB SAR图像上的散焦。然后利用不同像素间的杂波单元的统计独立性,设计了基于单像素和基于多像素的降维长CPI STAP模型。降维处理后,图像域长CPI STAP可分为“图像域局部STAP”和“图像域局部STAP结果相干积累”两大步骤,且这两个步骤均可设计为与运动目标位置参数无关的形式。其中,图像域局部STAP对每一个像素的多通道观测值进行。本文提出了理想情况下、存在非均匀杂波情况下、通道失配情况下的图像域局部STAP技术。“图像域局部STAP结果相干积累”要求取出一定速度对应的图像域局部STAP结果,然后将其作二维FFT变换到二维波数域进行散焦补偿。在此基础上,提出了基于图像域长CPI STAP的运动目标检测流程,并对其性能进行了预测。本文第五章将长CPI STAP基本模型变换到多子孔径图像域,设计了多子孔径图像域最优长CPI STAP滤波器,并利用不同子孔径杂波的统计独立性,将多子孔径图像域最优长CPI STAP降维表示为“子孔径STAP”和“子孔径STAP结果相干叠加”两个独立的步骤。这两个步骤均可表示为与运动目标位置参数无关的形式。提出了基于多子孔径图像域STAP的多分辨运动目标检测方法,该方法通过综合不同数目的子孔径,进行多分辨运动目标检测。该方法能够结合短CPI和长CPI的优点,可兼顾快速运动目标检测“检测速度快”和慢速运动目标检测“输出信杂噪比高”的要求。在第三至五章,基于同一批半实测三通道低频超宽带SAR数据,对这三种长CPI STAP方法分别进行了验证,并对其性能进行了评估。结果表明:频率-多普勒域长CPI STAP方法,除了可适应运动目标沿慢时间维的跨距离单元走动之外,还可适应运动目标沿通道维的距离走动,并能够利用系统的大相对带宽,消除天线稀疏放置引起的盲速和重复检测现象;图像域长CPI STAP方法对非均匀杂波环境具有更好的适应能力;而基于多子孔径图像域长CPI STAP能够进行多分辨运动目标检测,可以很好的兼顾了短CPI STAP时间分辨率高和长CPI运动目标检测性能好的优点。基于长CPI STAP直接对运动目标参数进行估计时,参数估计精度受到搜索参数的选取间隔或者基线长度的限制。本文第六章对基于长CPI STAP的运动目标参数估计技术进行了研究,提出了一种完整的长CPI STAP运动目标参数估计方案。该方案结合了长CPI STAP、自聚焦、ATI的思想,可在采用较稀疏的搜索间隔和较短基线的情况下,达到较高的参数估计精度。
|
全文目录
摘要 13-15 ABSTRACT 15-17 第一章 绪论 17-40 1.1 课题研究背景及意义 17-25 1.1.1 低频UWB SAR/GMTI 系统的兴起与发展 17-23 1.1.2 低频UWB SAR/GMTI 系统的优势 23-24 1.1.3 低频UWB SAR/GMTI 系统运动目标检测存在的困难 24-25 1.2 运动目标检测技术研究现状 25-36 1.2.1 常用的运动目标检测技术概述 25-26 1.2.2 短CPI STAP 技术的研究现状 26-34 1.2.3 长CPI STAP 技术的提出及其研究现状 34-36 1.3 本文主要工作及内容安排 36-40 1.3.1 主要研究内容及思路 36-37 1.3.2 主要研究工作和结构安排 37-40 第二章 长CPI STAP 的基本理论 40-61 2.1 引言 40-41 2.2 多通道UWB SAR 回波模型 41-50 2.2.1 运动目标距离迁徙曲线的等效 41-46 2.2.2 多通道UWB SAR 回波信号模型 46 2.2.3 长CPI 空时二维谱分析 46-50 2.3 长CPI STAP 的基本模型及其降维实现思想 50-55 2.3.1 长CPI STAP 基本模型 50-53 2.3.2 长CPI STAP 基本模型直接实现所面临的困难 53-54 2.3.3 长CPI STAP 降维滤波器的设计原则 54-55 2.4 长CPI STAP 模型和短CPI STAP 模型的比较 55-57 2.4.1 基本模型的比较 55-56 2.4.2 降维模型的比较 56-57 2.5 长CPI STAP 方法的性能评估体系 57-59 2.6 本章小结 59-61 第三章 多通道UWB SAR 频率-多普勒域长CPI STAP 方法 61-94 3.1 引言 61-62 3.2 多通道UWB SAR 频率-多普勒域回波信号模型 62-66 3.2.1 配准预处理 62 3.2.2 频率-多普勒域的回波信号模型 62-63 3.2.3 运动目标信号和地杂波的频率-多普勒域支撑域 63-64 3.2.4 长CPI 空-时-频三维谱分析 64-66 3.3 频率-多普勒域长CPI STAP 滤波器的设计 66-71 3.3.1 频率-多普勒域最优长CPI STAP 模型 66-69 3.3.2 频率-多普勒域长CPI STAP 降维模型 69-71 3.4 频率-多普勒域局部STAP 技术 71-75 3.4.1 频率-多普勒域局部STAP 技术 71-74 3.4.2 频率-多普勒域局部STAP 实验 74-75 3.5 基于ω-k 成像算法的频率-多普勒域局部STAP 相干积累技术 75-77 3.5.1 运动目标的频率-多普勒谱分析 75-76 3.5.2 基于ω-k 成像算法的局部STAP 相干积累方法 76-77 3.6 基于频率-多普勒域长CPI 的运动目标检测流程 77-79 3.6.1 运动目标检测流程 77-78 3.6.2 多速度运动目标图像的综合 78-79 3.7 频率-多普勒域长CPI STAP 方法的性能预测 79-84 3.7.1 几个关键性能指标的预测方法 79-81 3.7.2 频率-多普勒域长CPI STAP 方法的预测性能 81-83 3.7.3 关于频率-多普勒域长CPI STAP 方法预测性能的几点总结 83-84 3.8 基于半实测数据的运动目标检测实验 84-92 3.8.1 半实测回波数据的产生 84-87 3.8.2 基于半实测数据的频率-多普勒域长CPI STAP 实验 87-91 3.8.3 性能评估 91-92 3.9 本章小结 92-94 第四章 多通道UWB SAR 图像域长CPI STAP 方法 94-130 4.1 引言 94-95 4.2 运动目标在多通道 UWB SAR 图像上的表征 95-101 4.2.1 运动目标的散焦轨迹 95-97 4.2.2 运动目标散焦轨迹上的相位 97-98 4.2.3 运动目标信号的图像域表达式 98-99 4.2.4 实验验证 99-101 4.3 图像域长CPI STAP 滤波器的设计 101-108 4.3.1 图像域长CPI STAP 最优模型 101-103 4.3.2 对杂波噪声协方差矩阵的分析 103-105 4.3.3 基于单像素的降维长CPI STAP 模型 105-106 4.3.4 基于多像素的降维长CPI STAP 模型 106-108 4.4 图像域局部STAP 技术 108-118 4.4.1 理想条件下的图像域局部STAP 方法 108-112 4.4.2 非均匀杂波环境下的图像域局部STAP 方法 112-115 4.4.3 通道失配下的图像域局部STAP 方法 115-117 4.4.4 同时存在通道失配和非均匀杂波环境的图像域局部STAP 方法 117-118 4.5 图像域局部STAP 输出的相干积累 118-120 4.5.1 取出和一定速度运动目标相对应的杂波抑制后数据 118 4.5.2 基于二维波数域补偿的杂波抑制后图像相干积累方法 118-120 4.6 基于图像域长CPI STAP 的运动目标检测流程 120-121 4.7 图像域长CPI STAP 方法的性能预测 121-124 4.8 基于半实测数据的图像域长CPI STAP 运动目标检测实验 124-128 4.8.1 基于多通道UWB SAR 半实测回波数据的实验 124-128 4.8.2 性能评估 128 4.9 本章小结 128-130 第五章 多通道UWB SAR 多子孔径图像长CPI STAP 方法 130-156 5.1 引言 130-131 5.2 多通道UWB SAR 多子孔径图像域运动目标信号模型 131-136 5.2.1 运动目标在多通道子孔径极坐标图像序列上的解析表达式 131-133 5.2.2 子孔径长度的选择 133-134 5.2.3 运动目标在不同通道子孔径图像上的聚焦位置差和相位差 134-136 5.3 多子孔径图像域长CPI STAP 滤波器设计 136-141 5.3.1 多子孔径图像域长CPI STAP 最优处理模型 136-138 5.3.2 多子孔径图像域长CPI STAP 降维处理模型 138-141 5.4 子孔径图像域STAP 技术 141-142 5.5 子孔径图像序列STAP 结果的相干积累 142-144 5.6 基于子孔径图像序列的多分辨率运动目标检测 144-146 5.7 多子孔径图像域长CPI STAP 方法的性能预测 146-148 5.8 基于子孔径图像序列长CPI STAP 的多分辨率运动目标检测实验 148-154 5.8.1 基于多通道UWB SAR 半实测回波数据的实验 148-152 5.8.2 性能评估 152-154 5.9 本章小结 154-156 第六章 基于长CPI STAP 的运动目标参数估计方法 156-167 6.1 引言 156 6.2 基于ROI 的运动目标聚焦和合成速度估计 156-159 6.2.1 速度失配对运动目标聚焦的影响 156-157 6.2.2 基于ROI 的运动目标重新聚焦方法和合成速度估计方法 157-159 6.3 长CPI STAP 和ATI 相结合的合成速度角估计 159-160 6.3.1 运动目标在长CPI STAP 图像上的输出相位 159-160 6.3.2 长CPI STAP 和ATI 相结合的合成速度角估计 160 6.4 基于长CPI STAP 的运动目标参数估计方案 160-162 6.5 实验 162-165 6.5.1 实验一 162-165 6.5.2 实验二 165 6.6 本章小结 165-167 第七章 结束语 167-171 7.1 本文工作总结 167-169 7.2 研究展望 169-171 致谢 171-173 参考文献 173-180 作者在学期间取得的学术成果 180-182 附录A 不同频率-多普勒单元杂波独立性的证明 182-185 附录B 不同像素的杂波相关性分析及实验验证 185-189 附录C 英文缩写词对照表 189
|
相似论文
- 基于经络的多通道人体信息检测仪的研制,TH776
- 基于UWB脉冲信号的测距定位技术,TN929.5
- 极化SAR图像超分辨算法的研究,TN957.52
- 海杂波背景下的舰船目标雷达成像算法研究,TN958
- 海杂波建模及其对ISAR成像的影响,TN957.54
- 空间目标ISAR成像仿真及基于ISAR像的目标识别,TN957.52
- GPS抗干扰技术研究,P228.4
- 传输线型Metamaterials的理论与应用研究,O441.6
- 基于OSG的船舶驾驶系统视觉仿真研究,U664.82
- 分数阶傅里叶变换在ISAR机动目标成像中的应用,TN957.52
- 多路压力传感器自动校准系统的设计与实现,TP212
- 射频滤波器优化设计的研究,TN713
- 用于频谱感知的小型宽—窄带组合天线的设计与研究,TN822
- SAR成像目标识别子区选取与匹配方法研究,TN957.52
- 微功率冲激雷达设计,TN958
- 超宽带信号的全光产生和调制技术研究,TN925
- 多通道闪存控制器模块化设计与实现,TP333
- 工业用直流大电流计量标准装置的研究,TM835.2
- 直流大电流计量标准装置,TM835.2
- UWB系统中包处理模块的设计与实现,TN925
- 超宽带天线的研究与分析,TN822.8
中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达设备、雷达站 > 雷达接收设备 > 雷达信号检测处理
© 2012 www.xueweilunwen.com
|