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《SAR微动目标检测成像的理论与方法》可以作为高等院校相关专业研究生学习空间（遥感）信息获取与 处理的参考书，对从事相关研究的广大科技工作者和工程技术人员也具有 较大的参考价值。
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| 內容簡介： |
《SAR微动目标检测成像的理论与方法》系统地阐述了合成孔径雷达（SAR应用于微动目标探测的最新 研究成果。《SAR微动目标检测成像的理论与方法》共分七章，其主要内容包括：SAR微动目标指示概念的 提出、SAR微动目标与背景建模、目标微动对SAR和SAR地面运动目标 指示的影响、杂波抑制和微动目标检测、SAR微动目标聚焦成像、SAR 微动目标检测-成像联合实现以及SAR微动目标检测成像方面的若干开 放性问题。对新兴的THz-SAR微动目标探测也进行了简要介绍。
《SAR微动目标检测成像的理论与方法》在现象、概念、模型、原理、特征、思想和方法等方面对传统 SARGMTI技术进行了推广，揭示了微动目标SAR图像特征及其形成机理， 阐述了一系列微动目标检测成像方法，形成的理论框架对高分辨对地观测、 精细化探测、SAR海量图像快速解译和干扰对抗具有一定的指导意义。
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| 目錄：
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目 录
前言
第1章概论1
1.1弓唁1
1.2 SARGMTI2
1.2.1 SARGMTI 概念2
1.2.2 SARGMTI历史与现状——系统试验层面4
1.2.3 SARGMTI历史与现状——理论技术层面6
1.2.4 SARGMTI 发展趋势9
1.3 SARMMTI9
1.3.1 SARMMTI 概念10
1.3.2 SARMMTI历史与现状——系统试验层面13
1.3.3 SARMMTI历史与现状——理论技术层面17
1.3.4 SARMMTI 发展趋势20
1.4本书各章内容简介21
参考文献22
第2章SAR微动目标与背景建模29
2.1引言29
2.2 SAR目标微动建模29
2.2.1 转动29
2.2.2 振动30
2.2.3正弦运动32
2.2.4 獅33
2.2.5统一模型34
2.3 SAR目标散射建模35
2.3.1复RCS与散射中心模型35
2.3.2理想点散射中心模型37
2.3.3展布式散射中心模型38
2.3.4局域式散射中心模型38
2.3.5滑动型散射中心模型39
AR微动目标检测成像的理论与方法
2.3.6 SAR微动目标回波模型44
2.4 SAR背景建模与回波快速生成44
2.4.1背景建模45
2.4.2 2D FFT法回波快速生成的充要条件47
2.4.3匀速直线航迹斜视SAR回波快速生成49
2.4.4匀加速航迹SAR回波快速生成53
2.4.5误差航迹SAR回波快速生成61
2.5 SAR背景成像——Legendre多项式方法64
2.5.1 RDA 原理64
2.5.2基于L-展开的RDA新补偿因子推导66
2.5.3仿真实验68
2.6本章小结71
参考娜71
第3章SAR目标微动影响分析74
3.1引言74
3.2锯齿现象与成对回波现象及其数学原理74
3.2.1锯齿原理75
3.2.2广义成对回波原理83
3.2.3原理适用条件86
3.3目标微动对SAR成像的影响87
3.3.1不同微动类型对SAR图像的影响87
3.3.2不同微动参数对SAR图像的影响90
3.3.3不同目标个数对SAR图像的影响92
3.3.4不同散射类型对SAR图像的影响93
3.3.5目标微动对不同SAR成像算法的影响96
3.3.6目标微动对SAR极限方位分辨率的影响99
3.4目标微动对SARGMTI及MTI的影响101
3.4.1目标微动对单多通道SARGMTI的影响101
3.4.2目标微动对MTI的影响104
3.5 本章小结104
参考娜105
第4章SAR微动目标检测106
4.1 引言106
4.2基于回波GLRT的SAR微动目标检测107
4.2.1 SAR微动目标方位回波模型107
4.2.2 GLRT检测器流程107
4.2.3 GLRT检测器性能109
4.2.4 GLRT检测器计算复杂度112
4.2.5仿真实验112
4.3基于断续正弦曲线特征的SAR微动目标检测117
4.3.1距离像序列正弦曲线特征118
4.3.2正弦曲线提取与检测流程118
4.3.3性能分析121
4.3.4仿真实验122
4.4基于SAR图像鬼影特征的SAR微动目标检测124
4.4.1 PRI 变换125
4.4.2傅里叶变换与PRI变换的结合126
4.4.3性能分析127
4.4.4仿真实验128
4.5 SAR微动目标检测的多通道方法——DPCA132
4.5.1双通道SAR回波模型133
4.5.2 DPCA处理后信号特点134
4.5.3检测方法136
4.5.4仿真实验136
4.6 SAR微动目标检测的多通道方法——ATI138
4.6.1 ATI处理后信号特点138
4.6.2检测方法139
4.6.3仿真实验140
4.7本章小结142
参考:it#142
第5章SAR微动目标成像144
5.1 引言144
5.2 SAR微动目标距离徙动校正方法144
5.2.1微动目标RCMC的必要性准则145
5.2.2基于降带宽思想的微动目标RCMC145
5.2.3基于相位补偿的微动目标RCMC147
5.2.4基于DSKT的微动目标RCMC150
5.3 SAR微动目标平动分量补偿的WHT方法154
5.3.1具有平动的目标回波模型155
5.3.2信号特点分析155
5.3.3平动分量估计的WHT方法156
5.3.4仿真实验156
5.4 SAR微动目标多普勒混叠条件下的信号分离方法158
5.4.1信号模型158
5.4.2 Chirplet 分解159
5.4.3算法流程160
5.4.4仿真实验160
5.5 SAR微动目标多普勒解缠与成像方法162
5.5.1多普勒混叠时的多普勒解缠163
5.5.2补偿微动的目标自聚焦成像165
5.5.3利用微动目标伪窄带成像166
5.5.4仿真实验169
5.6 SAR微动目标成像的多通道方法172
5.6.1基于DPCA的目标微动参数估计与成像172
5.6.2基于ATI的目标微动参数估计与无法成像分析181
5.7本章小结185
参考娜185
第6章SAR微动目标检测_成像联合实现188
6.1 引言188
6.2检测-成像联合实现理论框架188
6.2.1基本框架189
6.2.2正问题建模190
6.2.3初值估计与先验建模191
6.2.4逆问题求解192
6.3 SAR微动目标回波观测建模193
6.3.1 SAR任意运动任意散射目标观测数据的Fredholm方程193
6.3.2 Fredholm方程矩阵化表示196
6.3.3微动-点散射中心模型198
6.3.4微动-滑动型散射中心模型198
6.4 SAR微动目标参数初值估计202
6.4.1微点模型目标特性与初始参数估计203
6.4.2微滑模型目标特性与初始参数估计203
6.5 SAR微动目标参数估计——MLE方法211
6.5.1 MLE 优化212
6.5.2实验结果213
6.6 SAR微动目标参数估计——贝叶斯方法216
6.6.1基于稀疏贝叶斯方法的图像重建217
6.6.2实验结果221
6.7本章搞223
参考娜224
第7章若干开放性问题与研究方法总结225
7.1需要进一步研究的问题225
7.2 THz-SAR226
7.3研究方法227
参考娜228
附录A俯仰和纵摇时距离模型近似的证明229
附录B小幅快速微动对RCMC影响的证明230
附录C微动目标PFA图像张角效应的证明232
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| 內容試閱：
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第1章概
论
1.1引 言
合成孔径雷达（synthetic aperture radar, SAR可全天时、全天候、远距离对
地面海面静止场景进行二维高分辨成像，在军事侦察、海洋观测和环境监测等方 面有着极其重要的应用价值。地面海面还存在大量运动目标，如道路上的车辆、 战场上的高机动性武器装备等，具有时敏性、高价值高威胁、难检测等特性，常 常淹没在强地海杂波中并在SAR图像上呈现模糊和错位。对此，SAR运动目标 指不SARground moving target indication, SARGMTI技术是探测这类时敏目 标的有力手段，对战场感知、洋面监测、精确制导和交通监视具有重要的意义。 SARGMTI技术将目标运动视为匀速或只有径向加速度，采用二阶距离模型进行聚 焦处理，可实现对SAR静止场景中匀速运动的车辆、坦克等目标的检测、位置运动 参数估计和重新聚焦成像，估计和成像的结果可以标注和叠加在静止场景SAR图 像上。
然而，探测区域中往往还存在大量“特殊”运动的目标，如防空阵地中的旋 转天线、用于空气调节的大型风扇、转动的风车、车轮、振动的车辆引擎、颠簸 行驶的车辆、摆动的舰船、旋转的舰载雷达天线和直升机高速旋转的旋翼等。这 些目标或目标部件的非匀加速运动（如振动和转动）一般称为微动。
微动形式普遍存在于客观的世界。一方面，微动往往蕴涵着对目标识别和SAR 图像解译极为有利的特征和信息，一般来说精细、稳定、难以伪装，并且可感知、 可描述、可提取、可利用。例如，通过提取履带或车轮的转动这一微动特征有望 使SAR系统具备轮式和履带车辆的识别能力。而不同类型坦克、装甲车辆的振动 特性差异也很大，振动幅度从几毫米到几厘米不等，振动频率从几赫兹到几十赫 兹不等，与车辆类型、尺寸、机械结构和动力系统密切相关。在民用上目前也有 通过在高速公路收费站采集汽车振动信号用于判定车型进行相应收费的研究。 有趣的是，自然界中的鸟在飞翔时其翅膀振动调制的频谱分量也“相当稳定、 适于识别”[1]，翅膀振动频率从几赫兹到十几赫兹，可由经验公式572#827估 计（L是以mm为单位翅膀长度）。当然，舰船摆动等微动并不稳定，但摆动 带来的更大转角也有利于获得更高分辨的SAR图像，摆动周期将来提取后也 有助于舰船识别。
另一方面，运动与成像是一对既相互统一又相互对立的矛盾，“运动是成像的依据，也是问题的根源”（保铮院士。微动由于不能用低阶模型近似而不利于运 动目标信息的长时间积累，同时使回波多普勒产生非线性或周期性微多普勒调制， 其调制破坏了传统杂波抑制和目标检测算法所依赖的动目标信号特点，不利于动 目标的检测和动静目标的分离，还将引起SAR图像非对称畸变甚至出现成对的 “鬼影”。转动等微动形式有时还会带来目标姿态的显著变化从而导致理想点散射 中心模型失效。对此，传统的SARGMTI技术无法解决。
从辩证的观点看，尽管目标微动对SAR成像和SARGMTI技术产生极其不 利的影响，但恰可利用微多普勒调制进行SAR干扰，其干扰效果用现有技术手段 难以消除。
本书系统地研究了目标微动对SAR回波信号的调制，力图全方位、多域性、 深层次、有重点地掲示微动目标SAR图像特征及其物理机理和数学原理,在SAR、 SARGMTI现有体制和水平下探索微动目标检测、参数估计和成像方法，实现微 动目标在SAR图像上的重新聚焦或标注。这一技术在本书中统称为SAR微动目 标指示（SARmicro-motion target indication，SARMMTI,该技术是对 SARGMTI 技术的推广和发展。开展这一研究对于充分挖掘SAR数据信息、实现海量SAR 图像自动解译从而提高髙价值高威胁目标探测能力具有重要意义，能够为我军战 场感知、干扰对抗和精确制导技术发展提供有力的理论支撑。
1.2 SARGMTI
SARMMTI是在SARGMTI的基础上发展起来的。为此，首先对SARGMTI
的概念和现状进行综述，理清其发展的脉络。
1.2.1 SARGMTI 概念
SARGMTI是SAR与GMTI在技术层面的结合。早在SAR兴起之前，GMTI 就被机载低分辨雷达广泛用于对地面运动目标进行检测。一般来说，MTI是一种 通过抑制静止目标（杂波）来提高运动目标检测和显示性能的技术，GMTI则是 MTI技术在对地面运动目标检测中的应用，通常采用相位中心偏置天线（displaced phase center antenna, DPCA、空时自适应处理space-time adaptive processing, STAP等技术补偿雷达平台运动的影响。与GMTI相对应的是空中运动目标指示 airbome-moving-target indication, AMTI 注意连字符），不过，AMTI 还表示机 载运动目标指示（airborne moving target indication 或自适应运动目标指示 adaptive moving target indication,存在歧义，因此实际中用得较少。MTI也容易 与另外两个概念混清：运动目标检测（moving target detection, MTD和脉冲多 普勒pulse Doppler, PD处理。丁鸾飞等将具有多普勒滤波器组（多个带通滤波器）并在信号处理线性动态范围等方面有所改善的系统称为MTD系统[2]，以区 别于只有脉冲对消器（等效为单个带阻滤波器）的MTI系统。此外，尽管PD与 MTI—样是利用多普勒频移从静止目标中检测运动目标，所基于的物理原理相 同，但在实际应用中却有所区分。Skolnik根据PRF来区分[1]，认为MTI—般 釆用低PRF避免距离模糊，不过易导致速度模糊或盲速，PD则正好相反，一 般釆用中髙PRF避免盲速，但却要以距离模糊为代价。Richards则基于所得到 的信息和处理方式来区分[3]，认为MTI完全在时域对慢时间信号通过脉冲对消 等方式进行处理，运算量小，侧重于杂波抑制，获取的信息也很有限，而PD 则是在多普勒域对信号通过滤波器组等方式进行处理（类似MTD，运算量大， 侧重于目标检测和估计，能获得更多信息和更高的信干比。事实上，无论釆用 何种方式，都是在脉冲雷达运动条件下以运动目标的检测为目的，对概念过于 纠缠似无必要。
GMTI技术能够检测地面运动目标，但由于一般发射低距离分辨波形和积累 时间较短而无法对运动目标成像。因此，在SAR出现13年后[4]，Raney于1971 年首次提出将GMTI与SAR进行结合，利用SAR系统而不增加硬件设备、在其 固有成像功能基础上拓展得到GMTI功能，即利用信号处理技术在对静止场景成 像的同时实现对地面运动目标的检测、参数估计和成像。我们在IEEE标准雷达 定义的基础上增加其技术内涵从而给出SARGMTI的定义。
定义1.1 SARGMTI是一种能够检测地面运动目标（特别是地面慢速运动 车辆）并将其显示在SAR图像上的合成孔径成像雷达或技术。
其处理流程如图1.1所示，可见上述定义中的“显示”有两种方式：标注式 和叠加式。前者只需将运动目标的位置、速度等参数以符号的形式标注在静止SAR 图像中合适的位置上即可，后者需先对在静止SAR图像上表现为模糊或错位的运 动目标重新聚焦成像，再将其叠加在静止SAR图像上（运动目标原有的像由于模 糊后强度较弱一般不会产生明显的影响）。也就是说，GMTI的概念在实际中含义 较广，不仅仅指标注，尽管目前标注式仍占主流。
此外，SARGMTI与GMTI存在以下区别：①在体制上GMTI采用低分辨波 形和相对较高的PRF, SARGMTI则由于要兼顾对大场景成像和较大的不模糊距 离而恰恰相反，两者在积累时间长短和波束宽窄上也有一定的区别，因此传统 GMTI系统采用SAR与GMTI交替工作模式，或者不具备SAR成像功能；②在 功能上GMTI只能检测运动目标（最多可获距离像，而SARGMTI还可对运动 目标清晰成像（另一通道同时对静止场景成像；③在方法上GMTI 一般采用频域 滤波、DPCA或STAP,而SARGMTI除了可以利用这些方法还可利用时频分析、 子孔径对消等更多的方法。
1.2.2 SARGMTI历史与现状——系统试验层面
目前，世界上已有多种SARGMTI雷达系统，可配备在战斗机、侦察机、无 人机、导弹、卫星等平台上。截至2011年，典型的机载、星载SARGMTI系统 和计划总结如表1.1所示。
表1.1典型SARGMTI雷达系统和计划
系统计划 名称 研制 国家 平台 波段 GMTI方面主要功能性能特点或任务试验等情况
ANAPG-76 雷迖 美国 战斗机 Ku 采用三端口干涉法抑制杂波并可靠检测和跟踪地面运动目 标；以色列已购买至少50部用于装备F-4战斗机，美国海 空军选用战斗机作为测试平台进行了空中试验；最早具有 SARGMTI功能的机载雷迖系统[5，61
ANAPG-77 -81雷运 美国 战斗机 X 对地海目标有GMTI功能；群目标分离和多目标跟踪
ANAPY-3 雷达 美国 E-8 侦察机 JSTARS X 具有广域活动目标监视指示模式（WASMTI和合成孔径 固定目标指示模式（SARFTI，可监视敌方腹地100km 的地面移动目标，对地面机动目标和直升机等慢速移动目 标进行探测、定位和识别；可区分出轮式和履带式车辆的 运动；曾成功观测到伊拉克撤军画面
ANAPY-6 雷达 美国 飞机 X 最小可检测速度为2?4ms 取决于目标方位角），可检 测范围为±105°，185km;可将动目标放置到地图正确的 位置上；能用0.3m分辨率对动目标SAR成像
TUAVR 雷达 美国 “猎犬” 无人机 Ku SARMTI套接能力和传感器交叉提示技术纵览整个目标区 域，探测和测绘运动车辆轨迹，运动目标航迹可叠加在数 字地图上；在伊拉克自由行动中飞行200多次，执行侦察、 监视和目标捕获任务
Lynx “山猫” 雷迖 美国 无人机 侦察机 Ku GMTI模式下“山猫” II能够探测到以10?70kmh运动的 目标；2010年5月成功完成一批飞行试验，对下一代 SARGMTI进行检验，以低成本在大区域范围内探测、跟 踪散兵dismount和慢速运动车辆
HISAR 系统 美国 RQ~4、RC-7B 侦察机 X 具有SAR、广域MTI模式和复合SARMTI模式；能用文 字显示和传输运动目标的坐标和速度（1?19ms
续表
系统计划 名称 研制 国家 平台 波段 GMTI方面主要功能性能特点或任务试验等情况
MP-RTIP 雷迖 美国 E-10A侦察 机 X 为更新JSTARS机载雷达而研发，具有目标跟踪、无源信 号侦收、干扰和通信等多种功能，可用于快速、连续跟踪 并成像运动目标，SARMTI两种模式可以同时工作；2004 年首次地面试验，2008年后完成了 SAR和GMTI模式的 试验，2011年完成飞行测试
AER-II 雷迖 德国 飞机 X 四通道SARMTI,能够检测公路众多运动目标[7]
PAMIR 系统 德国 飞机 X 采用合成带宽技术使信号带宽达到1.8GHz，具有扫描 GMTI功能，最小可检测速度设计指标小于lms，天线方 位向波束宽度是2.8° ,方位向扫描范围是土45° [8]
I-Master 雷达 英国 WK180 无人机 Ku 轻型（重30kg,具有条带和聚束两种SAR成像模式， 具有MTI功能
SOSTAR 系统 欧洲 飞机 X 具有SARGMTI同时工作模式，可在远距离（超过150km 获取髙分辨率的SAR图像；2007年进行了飞行试验
SRTM 任务 美国 航天 飞机 X 目的为录取DEM数据、并利用天线的沿迹分量进行地面 动目标检测，顺轨基线长度7m
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