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近年来,合成孔径雷达技术快速发展,应用越来越广,如何突破传统单发单收SAR的局限是国际上研究的热点问题。多通道SAR技术一方面提高了系统性能、增加了系统工作模式,另一方面给系统带来了巨大的挑战。通道数的增加在提升系统复杂度的同时也大幅度地增加了观测数据量,给数据的获取、存储、处理和传输带来了巨大的压力。
本论文系统地阐述了基于压缩感知的多通道雷达成像处理方法,深入研究了压缩感知和分布式压缩感知在多通道合成孔径雷达中的应用。具体的研究工作如下:
(1)研究了多通道编码SAR模型和信号处理。分析了发射正交编码波形的多通道SAR成像算法,并通过地基实验验证了算法的有效性。为解决多路发射信号非理想正交引起的模糊问题,研究了基于卡尔曼滤波的多通道SAR成像算法。研究了基于空时编码波形的多通道SAR技术,通过在方位向发射角度编码的波形、在俯仰向数字波束形成有效的实现了模糊抑制和高分辨率宽测绘带。针对多通道SAR系统中方位向周期性非均匀采样带来的模糊问题,研究了基于滤波器组的解模糊方法,提高了成像质量。
(2)针对多通道SAR系统大数据最的问题,研究了采用压缩感知的多通道SAR成像。建立了压缩感知雷达成像的理论模型,并通过仿真验证了算法的有效性。通过地基实验数据处理,分析说明了距离和方位分开处理的四种成像算法的特点。结合采用压缩感知估计来波方向和重建方位向非均匀采样信号技术,研究了基于压缩感知的单发多收SAR的高分辨率宽测绘带成像。
(3)为了进一步降低多通道SAR成像所需的数据量,在研究了分布式压缩感知理论的基础上,提出了基于分布式压缩感知的多通道合成孔径雷达成像算法。通过分析多通道SAR在不同模式下场景的稀疏特性和多通道之间的相关性,将多通道场景分为共同分量和更新分量两部分。采用分布式压缩感知的多通道SAR系统比每个通道分别采用CS的多通道系统需要更少的数据量。研究了基于分布式压缩感知的动目标检测、场景变化检测等多通道SAR应用。
(4)针对发射编码波形的多通道SAR系统的特殊性,研究了基于压缩感知的多发多收编码SAR成像。该系统的观测矩阵比传统发射线性调频信号的多发多收SAR系统的观测矩阵具有更好的互相关特性,可以在降低采样数据率的同时更好地重建场景。通过将多个正交波形的回波信号完全包含到回波模型,该方法消除了多个发射信号非理想正交模糊的影响。