復雜運動目標的ISAR成像算法研究.pdf

1、逆合成孔徑雷達(ISAR)成像因其全天候、全天時、遠距離以及在不同頻段、不同極化條件下提供高分辨率雷達圖像的特點,極大地提高了雷達獲取信息的能力,對民用和軍用均有重大的實用價值。近年來,隨著ISAR成像技術的不斷發(fā)展,平穩(wěn)目標的ISAR成像技術逐漸趨于成熟,越來越多的研究者將目光集中在了復雜運動目標的成像研究方面。
　　根據(jù)雷達成像理論,雷達成像通過發(fā)射大帶寬信號保證距離向的高分辨,通過對散射點和雷達有效相對運動產(chǎn)生的多普勒信號進

2、行相干積累的方位向分辨率,從而獲得高。然而,當目標的運動較復雜時,很難得到長時間的相干信號,即相干成像轉角太小,從而限制了復雜運動目標成像的分辨率。本文針對復雜運動目標的ISAR成像技術進行了一系列的探索工作并取得了很好的成果。
　　首先,本文對ISAR成像的基本原理進行了闡述,包括 ISAR成像的數(shù)學模型、線性調(diào)頻信號及脈沖壓縮技術、ISAR成像中的二維分辨率、ISAR成像的基本算法、運動補償技術,并且提出了一種新的包絡對齊方法

3、——最小方差法。最后進行仿真和實測數(shù)據(jù)的處理,對ISAR成像的相關基本知識和最小方差法進行了驗證。
　　進而,研究了目標作復雜運動時的ISAR成像方法,包括如下三個方面:
　　1)三次相位函數(shù)(CPF)參數(shù)估計法
　　目標作復雜運動時,若雷達發(fā)射線性調(diào)頻(LFM)信號,回波信號將會產(chǎn)生高次相位項,此時應用傳統(tǒng)的距離——多普勒(RD)法成像會產(chǎn)生模糊。三次相位函數(shù)(CPF)是近年來新提出的一種估計信號參數(shù)的技術,能夠用于

4、三次相位信號的估計并且被推廣到高階相位信號,因此將CPF應用于ISAR成像將會非常有前景。本文提出了一種基于CPF參數(shù)估計的復雜運動目標ISAR成像新方法,通過這種方法,可以估計出目標回波的每一個信號分量的參數(shù),然后用估計出的參數(shù)對回波信號進行解調(diào),消除高次項,進而將得到的解調(diào)信號通過二維傅氏變換即可得到聚焦的ISAR圖像。仿真和實測數(shù)據(jù)的處理結果證明了這種方法的有效性。
　　2)壓縮感知法
　　壓縮感知技術也是近年來的一種

5、新的信號處理技術,它利用信號的稀疏性,通過非相關測量可以用比傳統(tǒng)信號采樣理論低得多的速率對信號采樣,大大降低了數(shù)據(jù)率,并且能夠以很高的概率恢復信號。壓縮感知技術的非相關測量過程可以有效降低雷達成像系統(tǒng)對A/D系統(tǒng)的高速率要求,進而解決成像過程中超大回波數(shù)據(jù)的采集、傳輸與存儲困難。由于壓縮感知技術能夠從很少的信號采樣中恢復信號,因此我們考慮將其應用于復雜運動目標的成像,以彌補復雜運動目標相干信號不足的缺陷。文中提出了一種基于壓縮感知信號處

6、理技術的復雜運動目標ISAR成像新方法,并且通過仿真和實測數(shù)據(jù)處理進行了驗證。
　　3)分布式ISAR法
　　分布式 ISAR成像法也是近年來新出現(xiàn)的ISAR成像技術。該技術的基本原理是通過一組編隊平臺上搭載的成像雷達對同一個目標發(fā)射電磁波,利用目標相對雷達的旋轉運動,對回波進行聯(lián)合處理,以獲得比單個雷達更高的方位向分辨率。其根本原因是不同平臺上的雷達成像系統(tǒng)能夠從不同的角度對目標上同一個散射點進行觀察,通過合適的處理,可以

7、綜合應用每個雷達系統(tǒng)接收到的回波數(shù)據(jù),從而可以等效成一個綜合的比單個雷達的成像角度更大的觀察角度,進而可以獲得更高的方位向分辨率。可見,可以將分布式 ISAR成像技術應用于復雜運動目標成像,以彌補相干成像轉角太小對方位向分辨率的限制。本文提出了一種將分布式 ISAR成像技術應用于復雜運動目標成像的方法,并且應用于仿真和實測數(shù)據(jù)的處理,成像結果證明這種方法是有效的。
　　經(jīng)過上述研究,可以較好地解決復雜運動目標 ISAR成像中存在的