復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的ISAR成像算法研究.pdf

1、逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)成像因其全天候、全天時(shí)、遠(yuǎn)距離以及在不同頻段、不同極化條件下提供高分辨率雷達(dá)圖像的特點(diǎn),極大地提高了雷達(dá)獲取信息的能力,對(duì)民用和軍用均有重大的實(shí)用價(jià)值。近年來,隨著ISAR成像技術(shù)的不斷發(fā)展,平穩(wěn)目標(biāo)的ISAR成像技術(shù)逐漸趨于成熟,越來越多的研究者將目光集中在了復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的成像研究方面。
　　根據(jù)雷達(dá)成像理論,雷達(dá)成像通過發(fā)射大帶寬信號(hào)保證距離向的高分辨,通過對(duì)散射點(diǎn)和雷達(dá)有效相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒信號(hào)進(jìn)

2、行相干積累的方位向分辨率,從而獲得高。然而,當(dāng)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)較復(fù)雜時(shí),很難得到長(zhǎng)時(shí)間的相干信號(hào),即相干成像轉(zhuǎn)角太小,從而限制了復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像的分辨率。本文針對(duì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的ISAR成像技術(shù)進(jìn)行了一系列的探索工作并取得了很好的成果。
　　首先,本文對(duì)ISAR成像的基本原理進(jìn)行了闡述,包括 ISAR成像的數(shù)學(xué)模型、線性調(diào)頻信號(hào)及脈沖壓縮技術(shù)、ISAR成像中的二維分辨率、ISAR成像的基本算法、運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù),并且提出了一種新的包絡(luò)對(duì)齊方法

3、——最小方差法。最后進(jìn)行仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理,對(duì)ISAR成像的相關(guān)基本知識(shí)和最小方差法進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　進(jìn)而,研究了目標(biāo)作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)時(shí)的ISAR成像方法,包括如下三個(gè)方面:
　　1)三次相位函數(shù)(CPF)參數(shù)估計(jì)法
　　目標(biāo)作復(fù)雜運(yùn)動(dòng)時(shí),若雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻(LFM)信號(hào),回波信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生高次相位項(xiàng),此時(shí)應(yīng)用傳統(tǒng)的距離——多普勒(RD)法成像會(huì)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(jì)信號(hào)參數(shù)的技術(shù),能夠用于

4、三次相位信號(hào)的估計(jì)并且被推廣到高階相位信號(hào),因此將CPF應(yīng)用于ISAR成像將會(huì)非常有前景。本文提出了一種基于CPF參數(shù)估計(jì)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)ISAR成像新方法,通過這種方法,可以估計(jì)出目標(biāo)回波的每一個(gè)信號(hào)分量的參數(shù),然后用估計(jì)出的參數(shù)對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào),消除高次項(xiàng),進(jìn)而將得到的解調(diào)信號(hào)通過二維傅氏變換即可得到聚焦的ISAR圖像。仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理結(jié)果證明了這種方法的有效性。
　　2)壓縮感知法
　　壓縮感知技術(shù)也是近年來的一種

5、新的信號(hào)處理技術(shù),它利用信號(hào)的稀疏性,通過非相關(guān)測(cè)量可以用比傳統(tǒng)信號(hào)采樣理論低得多的速率對(duì)信號(hào)采樣,大大降低了數(shù)據(jù)率,并且能夠以很高的概率恢復(fù)信號(hào)。壓縮感知技術(shù)的非相關(guān)測(cè)量過程可以有效降低雷達(dá)成像系統(tǒng)對(duì)A/D系統(tǒng)的高速率要求,進(jìn)而解決成像過程中超大回波數(shù)據(jù)的采集、傳輸與存儲(chǔ)困難。由于壓縮感知技術(shù)能夠從很少的信號(hào)采樣中恢復(fù)信號(hào),因此我們考慮將其應(yīng)用于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的成像,以彌補(bǔ)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相干信號(hào)不足的缺陷。文中提出了一種基于壓縮感知信號(hào)處

6、理技術(shù)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)ISAR成像新方法,并且通過仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理進(jìn)行了驗(yàn)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(shù)。該技術(shù)的基本原理是通過一組編隊(duì)平臺(tái)上搭載的成像雷達(dá)對(duì)同一個(gè)目標(biāo)發(fā)射電磁波,利用目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),對(duì)回波進(jìn)行聯(lián)合處理,以獲得比單個(gè)雷達(dá)更高的方位向分辨率。其根本原因是不同平臺(tái)上的雷達(dá)成像系統(tǒng)能夠從不同的角度對(duì)目標(biāo)上同一個(gè)散射點(diǎn)進(jìn)行觀察,通過合適的處理,可以

7、綜合應(yīng)用每個(gè)雷達(dá)系統(tǒng)接收到的回波數(shù)據(jù),從而可以等效成一個(gè)綜合的比單個(gè)雷達(dá)的成像角度更大的觀察角度,進(jìn)而可以獲得更高的方位向分辨率?？梢?可以將分布式 ISAR成像技術(shù)應(yīng)用于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像,以彌補(bǔ)相干成像轉(zhuǎn)角太小對(duì)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(shù)應(yīng)用于復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)成像的方法,并且應(yīng)用于仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理,成像結(jié)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(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo) ISAR成像中存在的