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低频多通道SAR/GMTI系统通道误差校正及杂波抑制方法研究

作　者: 许忠良
导　师: 黄晓涛
学　校: 国防科学技术大学
专　业: 信息与通信工程
关键词: 合成孔径雷达多通道校正图像域杂波抑制联合自适应处理
分类号: V443.2
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

机载合成孔径雷达(SAR)地面运动目标检测(GMTI)在军事上具有重要意义。通道误差和地面杂波抑制是SAR/GMTI研究的重要领域和关键环节,它是SAR/GMTI必须解决好的一个实际问题。本文围绕低频多通道SAR/GMTI通道误差校正和杂波抑制两个关键问题展开研究,主要工作包括以下几个方面:论文首先简要介绍了国内外机载低频SAR/GMTI雷达系统,综述了机载SAR/GMTI杂波抑制的研究现状,简要评述了低频SAR/GMTI系统与高波段SAR/GMTI系统在算法运用上的区别,阐述了论文的研究背景和主要工作。在深入分析机载SAR工作原理的基础上,建立了机载SAR运动目标回波模型,分析了目标运动造成的多普勒频率及距离徙动的变化,以及对SAR成像后图像域的影响,推导了运动目标在SAR图像上的表征。针对图像域多通道误差的问题,详细分析了SAR/GMTI实际应用中各种误差来源及其对图像的影响,结合误差在图像数据中的表现形式提出了一种基于杂波协方差矩阵通道相关系数的方法校正通道配准误差,并利用杂波协方差矩阵最大特征值所对应的特征向量校正通道幅相误差。基于实测数据取得的良好效果,证明了该方法的可行性和有效性。针对实测数据ATI干涉中存在的干扰主要表现为低频SAR特有的RFI干扰抑制后的残余,首先分析了干扰的形成以及对ATI的影响,展示了存在干扰时的ATI干涉图;根据ATI相位特性分为两种情况分别进行讨论:通过统计方法对ATI的幅度和相位进行统计分析,利用估计和搜索的方式寻找到干扰的最佳幅度与相位值,从而抑制干扰。基于实测数据实验,验证了估计搜索方法寻找干扰得到的最佳幅相值用于抑制干扰的有效性和正确性。针对杂波抑制问题,简单介绍了工程中最常用的杂波抑制方法,即DPCA方法,论述了其缺点。结合空时自适应处理的思想以及基于像素的联合自适应处理方法,推导出低频SAR图像域的运动目标信号表达形式,给出了多通道SAR运动目标在联合像素处理模型中的空域导向矢量。基于仿真数据,验证了联合像素处理模型的杂波抑制效果要优于DPCA方法的杂波抑制效果;最后用实测数据的验证了该方法在工程实际中的有效性。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章绪论  11-18
  1.1 课题的研究背景及其意义  11-12
  1.2 研究历史及现状  12-16
    1.2.1 低频SAR/GMTI 系统的研究历史及现状  12-14
    1.2.2 多通道误差校正的研究方法  14-15
    1.2.3 SAR/GMTI 杂波抑制的研究方法  15-16
  1.3 本文的主要工作  16-18
第二章 SAR 运动目标成像基本原理  18-32
  2.1 引言  18
  2.2 目标回波信号特性分析  18-23
    2.2.1 静止目标  18-21
    2.2.2 运动目标  21-23
  2.3 运动目标对SAR 图像的影响  23-26
    2.3.1 目标方位向位置偏移现象  23-24
    2.3.2 目标图像散焦现象  24
    2.3.3 距离单元位移现象  24-26
  2.4 运动目标在SAR 图像上的成像位置  26-28
  2.5 计算机仿真  28-30
  2.6 小结  30-32
第三章多通道SAR 图像域误差分析及校正方法  32-45
  3.1 引言  32
  3.2 误差来源分析  32-35
    3.2.1 图像配准误差  32-33
    3.2.2 天线方向图误差  33-34
    3.2.3 接收机通道特性误差  34
    3.2.4 基线方向误差  34-35
  3.3 多通道的协方差矩阵及其通道相关系数  35-36
  3.4 误差的校正方法  36-39
    3.4.1 图像配准误差校正  36-37
    3.4.2 幅相误差校正  37-38
    3.4.3 基于通道相关度系数的误差校正方法  38-39
  3.5 实验验证  39-44
    3.5.1 仿真说明幅相误差校正  39
    3.5.2 实测数据的DPCA 及ATI 验证  39-44
  3.6 小结  44-45
第四章 ATI 干涉图干扰抑制  45-55
  4.1 引言  45
  4.2 干扰的特征判别及分析  45-48
    4.2.1 正常情况下ATI 幅相特征  45-46
    4.2.2 干扰的形成及其影响  46-47
    4.2.3 实测数据ATI 中表现的干扰特征  47-48
  4.3 干扰的抑制方法  48-54
    4.3.1 简单情况  49-52
    4.3.2 复杂情况  52-54
  4.4 总结  54-55
第五章多通道SAR 图像域杂波抑制  55-68
  5.1 引言  55-56
  5.2 DPCA 方法简介  56-57
  5.3 联合像素处理模型  57-63
    5.3.1 图像域导向矢量表达式推导  57-59
    5.3.2 单像素处理模型  59-61
    5.3.3 多像素联合处理模型  61-63
  5.4 实验验证  63-67
    5.4.1 仿真实验  63-64
    4.4.2 实测数据验证  64-67
  5.5 小结  67-68
第六章结束语  68-70
致谢  70-71
参考文献  71-76
作者在学期间取得的学术成果  76

低频多通道SAR/GMTI系统通道误差校正及杂波抑制方法研究

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