分布式卫星SAR慢动目标检测及关键技术研究

论文摘要

分布式卫星SAR系统是一种新概念星载SAR系统，它以小卫星群编队飞行，小卫星之间协同工作，共同完成单项或者多项任务。这种卫星组合可实现系统性能提升和功能增加，提高生存能力，提供更多的基线组合，并可实施规模生产和降低发射费用。由于分布式卫星SAR系统能够提供沿航迹基线和切航迹基线，因此能够同时实现沿航迹干涉（Along Track Interferometric：ATI）SAR和切航迹干涉SAR（Cross Track Interferometric SAR：CT-InSAR）功能。本文主要对分布式卫星SAR系统的沿航迹干涉SAR技术进行深入研究，主要工作如下。 分析了分布式星载SAR多普勒历程，研究了分布式星载SAR多普勒中心频率、多普勒调频率的计算方法，以及分布式星载SAR回波信号模型。在此基础上，建立了分布式星载SAR系统下慢动目标检测的ATI模型，分析了信号处理流程中的关键步骤，提出了一种基于去斜率处理的ATI动目标测速方法，可以减小运算量，提高运算速度。 研究了杂波和噪声影响下的ATI动目标检测技术。分析了杂波和噪声对干涉相位的影响情况，研究了相位门限法和双门限动目标检测法，并提出了一种自适应门限检测法。 研究了分布式卫星SAR系统影响测速精度的主要因素，分析并建立了相应误差模型。研究了相位噪声和测角误差对测速的影响情况；研究了卫星姿态变化对ATI测速的影响，包括基线测量、姿态变化引起的耦合相位以及切航向的速度分量等的影响，并给出了相应的精度要求；分析了地球球面效应的影响；研究了频率同步误差对干涉相位及测速的影响；建立了时间同步误差影响模型，分析了时间同步误差对干涉相位及测速的影响；得到了许多有价值的结论。 建立了分布式卫星SAR多通道动目标检测、定位和测速模型。分析了多通道条件下解速度模糊、速度方向模糊和盲速问题的方法。探讨了分布式卫星SAR系统中存在的沿航迹和切航迹混合干涉相位的分离问题，提出一种较为简单的混合干涉相位的分离方法。 本文的创新主要有： 提出了一种自适应门限检测法，解决了在噪声较大情况下，相位门限法和双门限法虚警概率较大的问题，能够较好的检测到动目标。 提出了一种结合去斜处理和短时傅立叶变换的动目标测速方法，该方法通过短时傅立叶变换，将动目标信息与杂波的分离，排除了杂波的影响，可较准确测

论文目录

• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 分布式卫星SAR系统
• 1.1.2 干涉处理技术
• 1.2 国内外干涉SAR技术发展现状
• 1.3 国内外分布式卫星SAR系统发展状况
• 1.3.1 Techsat-21系统
• 1.3.2 Interferometric Cartwheel计划
• 1.3.3 Pendulum计划
• 1.4 本文结构安排
• 第二章 分布式卫星SAR系统ATI慢动目标检测技术
• 2.1 引言
• 2.2 分布式星载SAR多普勒参数
• 2.2.1 星载收发分置SAR多普勒历程
• 2.2.2 星载收发分置SAR多普勒参数
• 2.2.3 星载收发分置SAR距离等效模型
• 2.3 星载收发分置SAR回波信号模型和成像模型
• 2.3.1 星载收发分置SAR回波信号模型
• 2.3.2 星载收发分置SAR成像模型
• 2.4 星载收发分置SAR的ATI技术
• 2.4.1 星载收发分置SAR的ATI原理
• 2.4.2 基于去斜率处理的ATI技术
• 2.4.3 分布式卫星SAR的ATI流程
• 2.5 本章小结
• 第三章 分布式星载SAR系统杂波和噪声下ATI动目标检测技术
• 3.1 引言
• 3.2 杂波和噪声对ATI技术的影响
• 3.3 相位门限检测法和双门限检测法
• 3.3.1 相位门限检测法
• 3.3.2 双门限检测法
• 3.3.3 实验结果
• 3.4 自适应门限检测法
• 3.5 短时傅立叶变换法
• 3.6 本章小结
• 第四章 分布式星载SAR系统误差对ATI的影响研究
• 4.1 引言
• 4.2 测速精度误差分析及误差模型
• 4.3 卫星姿态误差的影响
• 4.3.1 小卫星姿态变化
• 4.3.2 基线偏差对干涉相位的影响
• 4.3.3 姿态变化对基线测量的影响
• 4.3.4 姿态变化引起的速度误差对干涉的影响
• 4.4 球面效应的影响
• 4.5 频率同步误差
• 4.5.1 误差模型
• 4.5.2 频率同步误差的影响
• 4.6 时间同步误差
• 4.6.1 误差模型
• 4.6.2 时间同步误差的影响
• 4.7 本章小结
• 第五章 分布式星载干涉SAR多通道技术
• 5.1 分布式星载SAR多通道目标检测定位
• 5.2 分布式星载SAR多动目标检测
• 5.2.1 多动目标定位测速模型
• 5.2.2 ESPRIT超分辨算法理论和改进
• 5.2.3 仿真实验
• 5.3 多通道解速度模糊原理
• 5.3.1 解速度模糊
• 5.3.2 解速度方向模糊
• 5.3.3 解盲速问题
• 5.4 多通道噪声抑制性能
• 5.5 分布式卫星沿航迹和切航迹SAR混合处理
• 5.6 本章小结
• 第六章 结束语
• 6.1 本文的研究成果
• 6.2 今后的工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻博期间取得的成果