基于背景感知的合成孔径雷达动目标指示技术研究

The background cognition based ground moving target indication algorithms will be researched by using a single-antenna synthetic aperture radar (SAR) in this project. Moving target detection algorithms consist of the SAR image analysis, background modeling method, and moving target extraction algorithms. Moving status estimation methods include the range and azimuth velocity component estimation algorithms, and methods for decoupling azimuth velocity and range acceleration components. The research works put emphasis on the clutter suppression algorithm which is based on background feature function library, the symmetric Doppler based two-views method for moving target detection, the robust principal component analysis method for moving target parameters extraction, and the improved subaperture registration algorithm combined with symmetric defocusing filters for improving the detection performance and estimation accuracy, and algorithms which are used to decouple the azimuth velocity and range acceleration combining autofocusing algorithms and kinematics thoery. The performance of the proposed algorithms, including the detection probability, the minimum detectable velocity and estimation accuracy under different target-to-background-ratio conditions, will be evaluated by establishing statistical models, theoretical analysis, and experiments.

本项目研究基于背景认知的单天线合成孔径雷达地面动目标指示理论，包括动目标检测算法、目标运动状态估计理论，并对所提算法进行性能评价。动目标检测包含合成孔径雷达图像分析、背景建模和动目标提取方法；运动状态估计理论包含距离向、方位向速度估计和方位向速度与距离向加速度的解耦方法。重点研究基于背景特征函数库的杂波抑制算法和用于检测动目标的对称多普勒两视法，基于鲁棒主成分分析的动目标参数提取方法，结合对称散焦滤波技术研究改进子孔径配准算法以提高动目标的检测性能和运动状态估计精度，探测综合利用自聚焦技术和运动学原理实现方位向速度和距离向加速度的解耦的有效途径。通过建立统计模型以评价算法性能，包括评估给定恒虚警条件下的检测概率以及不同目标背景比条件下的最小可探测速度；通过理论分析和实验评估不同目标背景比条件下的速度估计精度。

随着高分辨率成像雷达在军事侦查领域的广泛应用，动目标探测、运动状态估计乃至目标聚焦、分类、识别、跟踪等也成为军事目标指示的重要组成部分。国外进行SAR-GMTI任务常用多天线、多通道SAR，但我国的SAR多是单天线单通道的，因此从单幅复数SAR图像中指示出动目标是很有实际意义的研究课题，即可不用更换装备通过简单的软件升级实现SAR-GMTI。.课题组主要研究了以下内容：（1）SAR图像中的动目标探测。基于stripmap模式下的SAR成像原理，提出了对称Doppler两视法和对称散焦法，用于解决动目标的快速、高效探测问题。提出了基于认知学习的全局SAR图像动目标探测方法。另外根据军方实际需求，我们研究了高分宽幅下的SAR-GMTI方法，提出了双视法，可有效抑制地杂波，增强动目标。（2）SAR-GMTI中匀速运动目标的速度估计方法。通过使用单天线双频SAR波形体制，解决Doppler中心的模糊问题。基于对称散焦技术，获得目标的方位向速度。（3）大场景回波仿真技术。针对星载TOPS模式SAR进行电磁散射场景仿真，为后期的星载SAR-GMTI工程研究打下了良好的基础。（4）径向加速度与方位向速度分量的解耦技术。在径向加速度和方位向速度分量的解耦研究过程中，基于自聚焦和名义谱相关法对距离-Doppler轨迹进行分析，从理论上实现了径向加速度和方位向速度的分离，并从仿真验证的角度获得了较为理想的精度，目前正在采集实测数据做验证。.通过该项目的研究，课题组解决了给定单幅SAR图像的条件下动目标的高效率、高可靠探测问题；进行了匀速目标的速度估算和精确定位技术研究；探索了单天线模式下通过改变发射波形，进行目标的多普勒频率解模糊方法；研究了高分宽幅特殊条件下的GMTI问题；设计了SAR场景回波的快速仿真方法等。.测量了一批海上动目标回波数据，用于研究海上动目标探测、海杂波抑制技术以及海上目标识别技术。测量了一组陆上具有径向加速度目标的数据，待于后续的进一步科学研究。.该项目所取得的科研成果将为我国的机载SAR局部战场侦查及目标定位、星载SAR海洋目标监视提供可行的工程解决方案。