前视多通道合成孔径雷达成像与抗干扰技术研究

作     者：孟智超 

作者单位：西安电子科技大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王虹现

授予年度：2021年

学科分类：11[军事学] 080904[工学-电磁场与微波技术] 0809[工学-电子科学与技术（可授工学、理学学位）] 08[工学] 110503[军事学-军事通信学] 0810[工学-信息与通信工程] 1105[军事学-军队指挥学] 1104[军事学-战术学] 082601[工学-武器系统与运用工程] 081105[工学-导航、制导与控制] 0826[工学-兵器科学与技术] 081001[工学-通信与信息系统] 081002[工学-信号与信息处理] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0811[工学-控制科学与工程] 

主      题：前视多通道合成孔径雷达 多普勒分集 有源欺骗干扰 空时联合滤波 调频斜率失配干扰 正交匹配滤波 

摘      要：前视合成孔径雷达（Forward-looking Synthetic Aperture Radar,FLSAR）能够对平台正前方进行高分辨快速成像,一经提出便受到了科研人员的极大关注。双、多基地FLSAR能够以类似斜侧视合成孔径雷达（Synthetic Aperture Radar,SAR）的成像方式进行高分辨成像处理,解决了FLSAR的低分辨的问题。然而,双、多基地FLSAR面临着系统复杂性高,平台间协调同步性等问题。不同于双、多基地FLSAR,单基地机载FLSAR系统以其设备量小、成像算法简单而著称。然而单基地机载FLSAR系统存在场景左右模糊的现象,为了解左右模糊,需要利用多通道阵列进行空域解模糊处理,因而前视多通道SAR（Forward-looking Multichannel Synthetic Aperture Radar,FLMCSAR）系统应运而生。此外,随着近年来电子对抗技术的升级换代,在军事应用中的各类电子设备常常不可避免的受到复杂电磁环境影响,甚至是敌方有源电磁干扰的攻击。FLSAR系统往往处于电磁环境复杂的战场前线,因而对FLMCSAR如何进行有效的抗干扰进行深入研究同样具有重大意义。综上所述,本文围绕FLMCSAR系统的成像及抗干扰等若干问题展开研究,文中进行了理论推导、仿真及实测数据实验等工作。具体如下:1、对前视多通道SAR的基本工作原理进行了简单介绍及理论推导。主要介绍了基本的前视多通道SAR成像方法、解模糊算法,并对所介绍的算法进行了仿真及实测数据验证。2、针对前视SAR回波多普勒带宽较窄的特点,提出了基于DD-MIMO（Doppler Diversity-Multiple Inputs Multiple Outputs,DD-MIMO）的前视SAR系统成像方法。该方法结合了MIMO模式收发系统的空域自由度扩展优势,充分利用了高脉冲重复频率带来的高多普勒采样率,实现了接收通道的扩展,极大地提高了前视多通道SAR的解模糊性能。3、针对常见的两种有源干扰——有源欺骗干扰和调频斜率失配干扰进行了的深入研究,对这两种干扰分别提出了相应的抗干扰算法。针对有源欺骗干扰,提出了一种基于空时联合滤波的干扰鉴别、抑制方法。该算法利用了干扰与真实地物回波空时谱的差异实现了对干扰进行鉴别提取,通过对干扰信号的参数估计实现了干扰信号的角度估计。通过在RD图像域构造空时级联的滤波器实现了对干扰信号的精准抑制,能够在有效的抑制干扰的同时保证真实地物回波信号不受损失。另外,针对调频斜率失配干扰提出了一种正交匹配滤波方法。该方法通过稀疏重建对干扰信号频谱进行重构,并借鉴正交投影思想构造真实回波信号的正交匹配滤波器。利用该正交匹配滤波器对回波信号进行匹配滤波,在保留真实地物回波的同时实现了对干扰信号的抑制。该方法可应用在包括前视SAR系统在内的多种SAR系统中。而在严重依赖空域自由度的前视SAR系统中,该方法不会损失空域自由度,保证了前视多通道SAR的解模糊性能。针对所提的每种方法本文均进行了数值仿真实验,并于同类的其他方法进行了对比。此外除了仿真实验,基于机载多通道SAR实验系统的实测数据也被用于验证所介绍的前视多通道SAR成像、解模糊方法。所有结果均表明了所提算法的有效性及有优异性能。