浮空器載逆合成孔徑雷達(dá)飛機(jī)目標(biāo)成像技術(shù)研究.pdf

1、逆合成孔徑雷達(dá)（ISAR）是一種高分辨的二維成像雷達(dá)，可對飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、和艦船等運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行成像，具有全天候、全天時、遠(yuǎn)距離的特點(diǎn)，在戰(zhàn)略防御、戰(zhàn)場偵察、火力評估等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是雷達(dá)預(yù)警的關(guān)鍵組成部分。目前，包括我國在內(nèi)的很多國家都在構(gòu)建陸、海、空、天一體化預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。其中，利用浮空器平臺進(jìn)行雷達(dá)預(yù)警由于具有執(zhí)行任務(wù)時間長、效費(fèi)比高、隱身與反隱身性能好等優(yōu)點(diǎn)，成為了當(dāng)前空基預(yù)警中的一個前沿問題。本文深入研究了浮空器載ISA

2、R對飛機(jī)目標(biāo)的成像，包括浮空器的不穩(wěn)定運(yùn)動對ISAR成像的影響、浮空器載ISAR對飛機(jī)的高分辨成像與運(yùn)動補(bǔ)償、對螺旋槳飛機(jī)成像時的微動干擾抑制、對在同一波束內(nèi)的多個飛機(jī)目標(biāo)的成像及對浮空器載ISAR飛機(jī)圖像的橫向定標(biāo)。本文的主要研究內(nèi)容為：
　　本文首先介紹了穩(wěn)定平臺下ISAR飛機(jī)目標(biāo)成像的基本理論和方法。在該部分本文對所探測的飛機(jī)目標(biāo)的運(yùn)動方式及其回波信號進(jìn)行了建模，并介紹ISAR二維成像的原理和距離—多普勒算法，還給出了傳統(tǒng)的

3、ISAR運(yùn)動補(bǔ)償算法，包括包絡(luò)互相關(guān)法和模-1法距離對準(zhǔn)和相位梯度自聚焦等。由于實(shí)際的浮空器并不穩(wěn)定，接下來本文建立了浮空器的三維運(yùn)動模型，根據(jù)其動力學(xué)方程和運(yùn)動學(xué)方程，對浮空器在受氣流擾動后的運(yùn)動特性進(jìn)行了分析，隨后通過仿真詳細(xì)研究了浮空器平臺的不穩(wěn)定運(yùn)動對飛機(jī)目標(biāo)的ISAR成像所造成的影響。
　　由于浮空器的不穩(wěn)定運(yùn)動會引入復(fù)雜的多普勒頻率，傳統(tǒng)的運(yùn)動補(bǔ)償和成像算法所得到的效果并不理想。針對該問題本文提出了浮空器載ISAR對飛

4、機(jī)的高分辨成像方法，其基本思想是通過對回波數(shù)據(jù)的時間稀疏化處理去除浮空器受到氣流擾動期間ISAR接收的回波，然后通過基于壓縮感知的ISAR成像算法得到目標(biāo)的高分辨圖像。在去除了受干擾回波后，由于飛機(jī)目標(biāo)還存在平動運(yùn)動，本文提出了一種基于梯度投影法和共軛梯度法，利用雙重迭代進(jìn)行ISAR自聚焦的GP-CG算法。該算法能夠在時間稀疏的情況下，將剩余回波中目標(biāo)的平動運(yùn)動所引入的相位誤差進(jìn)行精確的估計(jì)，從而生成聚焦的飛機(jī)ISAR圖像。通過對仿真數(shù)

5、據(jù)和實(shí)測數(shù)據(jù)的處理，證明了本算法的有效性，能夠應(yīng)用在實(shí)際的工程中。
　　獲取高質(zhì)量的飛機(jī)主體的ISAR圖像是利用浮空器載雷達(dá)對飛機(jī)進(jìn)行ISAR成像的主要目標(biāo)。但實(shí)際的飛機(jī)目標(biāo)中很多都裝載有外置的螺旋槳，螺旋槳的快速轉(zhuǎn)動破壞了目標(biāo)的剛體屬性，使得ISAR圖像中出現(xiàn)了多個干擾條帶，對飛機(jī)主體造成了遮擋，成像質(zhì)量下降,故需要對該微動干擾進(jìn)行抑制。當(dāng)前主要的微多普勒抑制方法運(yùn)行時間較長，不符合浮空器載ISAR快速預(yù)警的要求。為了解決該問題

6、，本文以槳葉為單位，研究了在浮空器載ISAR體制下螺旋槳回波信號的特征，得出其在高分辨距離像上的譜線具有閃爍特性?；谠撻W爍特性，本文提出了利用波形熵在距離像上檢測螺旋槳所在的距離單元的方法，然后提出了基于壓縮感知的飛機(jī)螺旋槳微動干擾的快速抑制算法，通過仿真和實(shí)測數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該算法能夠在較短的處理時間內(nèi)獲得令人滿意的飛機(jī)主體ISAR像。
　　在浮空器載ISAR成像中，由于雷達(dá)探測距離遠(yuǎn)，波束覆蓋范圍廣，且飛機(jī)目標(biāo)有時會編隊(duì)運(yùn)

7、動，因此常會出現(xiàn)在同一個雷達(dá)波束內(nèi)有多個飛機(jī)目標(biāo)的情況。由于這些目標(biāo)相對于雷達(dá)的運(yùn)動形式不同，不能直接利用單目標(biāo)成像的算法來進(jìn)行處理。多目標(biāo)的成像可以分為多目標(biāo)直接成像和多目標(biāo)分離成像兩種思路。針對浮空器載ISAR多目標(biāo)直接成像，本文研究了基于Chirplet-WVD的距離—瞬時多普勒多飛機(jī)目標(biāo)成像方法，該方法可以在浮空器非穩(wěn)定的情況下獲得聚焦良好的多飛機(jī)瞬時ISAR像，還具有雜波抑制的作用。針對多目標(biāo)的分離成像，本文提出了基于K-均值

8、聚類的多目標(biāo)成像方法，該方法可以應(yīng)用在多飛機(jī)目標(biāo)在未聚焦的ISAR圖像上有部分交疊的情況。
　　浮空載ISAR對飛機(jī)進(jìn)行成像的最終目的是對飛機(jī)目標(biāo)進(jìn)行分類和識別。飛機(jī)的尺寸信息是用于識別的重要特征，但該信息不能從ISAR圖像上直觀獲取，其方位分辨率通常未知，通過橫向定標(biāo)算法估計(jì)方位向分辨率是必要的。本文提出了基于自適應(yīng)chirplet變換的ISAR橫向定標(biāo)方法，利用與信號匹配的chirplet原子的調(diào)頻率，結(jié)合最小方差準(zhǔn)則的直線擬