同步轨道星-空双站SAR低速目标检测方法研究

地面慢速运动目标检测在军事战场上具有重要意义，而且地面慢速运动目标和杂波场景的多普勒频谱容易混叠在一起，受信杂比影响大，不易检测。所以，地面慢速运动目标检测是SAR-MTI的重点和难点之一。同步轨道双站SAR低速动目标检测结合了同步轨道卫星重访时间更短、能够实现大面积连续观测的的特点,以及双站SAR接收机造价低廉、接收信噪比高、隐蔽性好、抗干扰能力强的优势，是未来SAR动目标检测发展的重要趋势之一。关于同步轨道和双站SAR系统硬件方面已经有了重大突破，同步轨道双站SAR动目标检测的信号处理研究则很稀少。本项目拟通过理论分析和计算机仿真手段，突破相关关键技术，提出合理的同步轨道星-空双站SAR低速动目标检测和参数估计的实现方案。本项目属于预研性质，极具创新性和挑战性，有利于推动我国新体制遥感卫星的研制，近一步增强我国在遥感对地观测领域的能力。

同步轨道SAR可实现对于重点区域的长时间实时观测，采用同步轨道卫星作为发射端、飞机等作为接收机，可在接收端设置多个接收天线，从而形成具备慢速目标检测能力的同步轨道星-空双站SAR多通道运动目标检测（GeoBiSAR-GMTI）系统，在军事应用上具有很大优势。目前国内外关于该方向的研究较少，有许多问题尚待解决。.本课题围绕GeoBiSAR-GMTI的核心问题，针对系统建模及杂波特性分析、多通道误差校正、非均匀杂波抑制和运动目标参数估计方法等关键问题开展了深入研究。课题的主要工作和创新成果包括：.1)设计了GeoBiSAR-GMTI的体制，推导了该体制下静止场景和运动目标（匀速、加速等）的信号模型，研究了杂波多普勒特性。从而得出：相对于机载双站构型，GeoBiSAR杂波的距离依赖性较弱，对空时自适应处理（STAP）技术抑制杂波基本不造成影响。该研究为GeoBiSAR构型下应用STAP技术抑制杂波奠定了基础。.2)研究了GeoBiSAR-GMTI构型下运动目标检测问题。(1)针对GeoBiSAR多通道动目标检测由于方位信号移变特性而不能采用传统单站正侧视SAR通道校正方法的问题，提出了一种基于噪声子空间的通道校正算法，将杂波视为校正源，利用最小化校正源在噪声空间投影的方法来计算通道误差参数。该算法避免了经典阵列误差自校正算法在线阵条件下的解具有模糊性的缺点；无需迭代和对大型矩阵进行求逆，效率较高；且可估计随方位变化的通道幅相误差。(2)针对雷达回波信号中地物散射常常只是局部均匀而导致传统STAP技术中样本矩阵求逆性能损失的问题，提出了一种基于对角加载的期望最大化（EM）算法，并给出了对角加载因子的确定方法。仿真实验表明，在GeoBiSAR杂噪协方差矩阵条件数较大时，对角加载EM算法很好的解决了传统EM算法不收敛的问题，对通道误差具有较强的鲁棒性，在非均匀杂波抑制方面均具有较好的性能。.3)研究了GeoBiSAR-GMTI构型下运动目标参数估计问题。应用STAP估计出目标接收锥角和多普勒频率偏移，并给出了目标位置和径向速度的估计公式，分析了得出了估计精度的主要因素。.综上，本项目在同步轨道星空双站SAR动目标检测方面取得了一定的进展，为该技术的发展奠定了初步的信号处理基础。