摘要
近年来，临近空间高超声速飞行器已成为民用和军用领域研究的热点，由于其同时具备机载平台快速响应和星载平台持续探测的优点。相比于机载平台，高超平台拥有速度快、机动性强、探测区域大、生存能力强等特点。相比于星载平台，高超平台具有探测区域灵活、成本低、隐蔽性能好等诸多优势。同时其工作于临近空间，可以弥补传统机载和星载平台之间的空白，因此高超平台为扩展SAR/GMTI系统提供了新的机遇。本文围绕临近空间高超平台正侧视、大斜视、俯冲段大斜视和前视等多模式下多通道SAR/GMTI体制，针对模糊杂波下参数估计、杂波抑制和运动目标聚焦与定位等关键技术，提出了高超平台多模式下SAR/GMTI方法，具体包括以下几个方面: 1.针对高超平台多通道SAR/GMTI系统，首先分析了其对地探测的斜距模型，并构建了对应的静止杂波和运动目标散射点信号模型。然后，对该系统获取的静止杂波和运动目标的频谱分布进行讨论，并具体分析了高超平台对地探测存在的三个关键问题:多普勒模糊、距离与方位耦合和强地杂波干扰。最后，讨论了现有的多普勒模糊杂波抑制方法:ISTAP方法、CFT中心法和CFT两步法，并结合高超平台对地探测的若干关键问题分析了以上三种方法的优势与局限性。 2.针对高超平台正侧视多通道SAR/GMTI系统，现有的多普勒模糊杂波抑制方法受到通道自由度限制或导向矢量失配的影响，在杂波抑制阶段将遭受不必要的能量损失。另一方面，现有的运动目标径向速度估计方法很少考虑多普勒模糊问题。至此，如何在高超平台多通道SAR系统的多普勒模糊回波中进行径向速度预先估计，以便实现运动目标的精确提取、聚焦和定位是一个亟需解决的核心问题。为了解决上述问题，提出了一种基于EASDB的高超平台正侧视多通道SAR/GMTI方法。首先，推导了一种基于EASDB的径向速度估计方法，具有缓解差波束畸变和克服指向误差敏感的能力，因此在距离压缩方位CFT域粗聚焦图像中能够获取精确的运动目标径向速度和目标真实区域，这有利于简化和改进后续的运动目标提取、聚焦和定位处理。然后，利用径向速度估计值构建精确的运动目标导向矢量，有效缓解了杂波影响并保留了运动目标能量。与CFT中心法和CFT两步法相比，所提方法更好地保留了运动目标的包络，并得到了更高的SCNR。最后，提出了一种改进的运动目标聚焦与定位方法，实现了对运动目标二维速度的精确估计和相位补偿，具有较高的运动目标定位精度;并修正了精确RWC的处理过程，具有较低的算法复杂度。 3.针对高超平台大斜视多通道SAR/GMTI系统，分析和讨论了高超平台特性和大斜视模式引起的高阶相位误差、运动参数耦合、多普勒模糊和天线尺寸限制等若干关键问题。然而，现有的SAR/GMTI研究主要是针对机载或星载雷达系统，高超平台SAR/GMTI系统对地探测的研究大多是针对侧视或单通道斜视模式。据此，提出了基于联合像素模型的大斜视多通道SAR/GMTI方法。首先，分析了距离单元徙动的影响，并提出了一种基于三阶调频傅里叶变换的粗聚焦方法，通过距离压缩、粗略RWC和三阶调频傅里叶变换得到粗聚焦微波图像，缓解了运动目标多普勒模糊和距离单元徙动的影响。然后，提出了基于联合像素模型的稳健杂波抑制方法，该方法能够消除模糊杂波的影响，并减少了运动目标真实方向上不必要的能量损失。最后，针对粗聚焦运动目标微波图像，推导了大斜视工作模式下运动目标精确聚焦与定位方法。在大斜视工作模式和平台高速运动情况下，运动目标二维速度的影响得到了精确补偿，因此可以恢复精确聚焦的运动目标微波图像。 4.针对高超平台俯冲段大斜视多通道SAR/GMTI系统，分析和讨论了斜距模型、杂波抑制与径向速度估计和运动目标成像与定位中存在的问题。然而，现有的高超平台SAR/GMTI系统对地探测的研究大多是针对水平航迹侧斜视或俯冲段侧视模式。为了解决上述问题，提出了高超平台俯冲段大斜视多通道SAR/GMTI方法。首先，探索了静止杂波和运动目标IERM，以便实现高效高分辨成像。然后，结合IERM，在多普勒模糊情况下推导了俯冲段大斜视模式下杂波抑制和运动目标聚焦与定位方法。最后，通过反向投影修正了运动目标的几何形变。因此，所提方法具有良好的参数估计、杂波抑制和运动目标成像与定位表现。 5.针对高超平台前视多通道SAR/GMTI系统，分析和讨论了信号模型和左右模糊问题。现有的前视SAR研究主要围绕前视对地微波成像展开，然而，有关高超平台SAR杂波抑制和运动目标提取的研究尚未涉及。为了抑制左右模糊杂波以提取运动目标，提出了前视多通道SAR空时级联杂波抑制方法。首先，从高超平台前视多通道SAR系统回波信号中获取时域模糊微波图像，然后，通过构建空域波束形成器消除静止杂波及其左右模糊分量的影响。因此，所提方法可以较好的抑制左右模糊杂波并保留运动目标能量。
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