ISAR成像新方法研究.pdf

1、逆合成孔徑雷達(ISAR)是一種重要的高分辨雷達,可以全天候、全天時、遠距離的獲取非合作目標的圖像,可以大大提高雷達信息獲取能力,在軍用和民用領域均有重大實用價值。隨著實際需求的不斷發(fā)展,對ISAR成像技術的研究也在不斷的深入。為充分發(fā)揮信號處理作用,提高雷達的成像能力,本文利用概念分析、理論推導和數(shù)據(jù)驗證等手段對ISAR成像的一些新方法進行了研究。本文的主要工作概括如下:
　　 1.在逆合成孔徑雷達(ISAR)成像中,目標的非

2、均勻轉動會造成圖像的嚴重散焦。針對這一問題,提出一種高效的成像方法。該方法首先對同一距離單元的方位向回波數(shù)據(jù)進行時頻分析,接著根據(jù)目標轉速與尺度變換因子的對應關系,用不同尺度因子對中心時刻的頻率分布進行尺度變換構造出參考信號,通過求解各個時刻的頻率分布與參考信號的相關系數(shù),估計出目標的旋轉速度變化情況,然后沿方位向進行重采樣以補償目標旋轉速度變化的影響,最后進行成像處理得到聚焦良好的目標圖像。該算法對每個時刻目標轉動速度的變化都進行了精

3、確的估計和補償,因此它適用于轉動速度任意變化的情況。另外,該算法需要的計算量較少,適合實時處理采用。仿真和實測數(shù)據(jù)的處理結果驗證了該方法的有效性。
　　 2.隨著ISAR成像分辨率的提高,目標旋轉運動所導致散射點越距離單元走動對成像結果的影響變得越來越嚴重。提出一種新的子圖像合成方法來補償高分辨率ISAR成像中的旋轉運動。通過將比較大的旋轉運動分成幾個較小的部分,子圖像的生成就可以很容易地使用現(xiàn)有的ISAR成像算法實現(xiàn)。同時,隨

4、著子圖像數(shù)目的增加,在相干積累間隔內方位角的變化就可以變得很大,所以能夠很容易就獲得很高的分辨率。另外,由于整個處理流程都是通過快速傅里葉變換(FFT)和向量乘法實現(xiàn),所以,該算法的計算效率較高并且不包含插值操作。最后也給出了數(shù)字處理的結果來證明所提算法的有效性。
　　 3.地基雷達一直是空間碎片監(jiān)測的有力工具,研究如何利用它們對尺寸小于距離分辨率的自旋空間碎片進行成像具有重要意義?；诳臻g碎片通常會圍繞它的主軸進行簡單的自旋轉

5、運動這一事實,通過對目標回波模型的分析,提出了兩種方法,即單距離圖像融合方法和基于稀疏信號表示的空間碎片成像方法。這兩種方法都是基于目標是由孤立的各向同性散射點組成的這樣一個假設,通過使用單個距離單元上的方位回波數(shù)據(jù)就可以獲得目標的二維圖像,理論上的分辨率為四分之一波長。在單距離圖像融合算法中,由于總的旋轉角被分成了四個部分,所以使得對每一個部分的處理都非常容易,所以該方法計算效率較高,特別是針對比較小的目標的時候。另外,該方法可以直接

6、在笛卡爾坐標系中得到目標的圖像,而現(xiàn)有的算法首先得到極坐標中的圖像,需要重新格式化到笛卡爾坐標系中。仿真實驗結果證明了該算法的有效性。在基于稀疏信號表示的空間碎片成像方法中,成像問題被轉化為稀疏信號分解問題,首先以各個散射點的散射特性作為元素構建字典,然后通過采用現(xiàn)有的方法對單個距離單元橫向回波數(shù)據(jù)的稀疏信號表示進行求解,最后對求解的結果重新排列以得到目標的二維高分辨圖像。仿真實驗結果表明了該方法的正確性。
　　 4.線性調頻步

7、進信號在簡化雷達系統(tǒng)設計的同時,也存在對高速運動目標易出現(xiàn)多普勒模糊的問題,因此研究如何提高其等效的重復頻率具有重要意義。由于ISAR目標的后向散射場具有較強的稀疏性,即大部分能量僅由少數(shù)散射中心貢獻,所以基于稀疏信號表示理論,通過對目標回波模型的分析,提出了一種基于稀疏步進頻率信號的逆合成孔徑雷達成像方法。該方法通過隨機地選擇線性調頻步進信號的部分子脈沖進行發(fā)射,然后使用稀疏信號分解的方法對目標圖像進行重建以得到目標的二維高分辨圖像。

8、該方法以計算資源為代價,能夠有效地去除方位多普勒模糊,同時還能夠壓低旁瓣并得到超分辨的圖像。仿真和實測數(shù)據(jù)處理結果驗證了本方法的有效性。
　　 5.基于壓縮采樣理論,提出一種基于發(fā)射稀疏探測頻率信號的高分辨ISAR成像新方法。該方法僅僅需要距離頻域方位慢時間域上的很少一部分測量,然后通過線性規(guī)劃或者貪婪追蹤方法求解一個逆問題就可以重建出目標的圖像。通過僅僅發(fā)射很少的幾個探測頻率而不是寬帶信號,該方法就可以得到不模糊的超分辨ISA

9、R圖像。仿真和實測數(shù)據(jù)處理結果驗證了所提方法的有效性。
　　 6.艦船目標成像是逆合成孔徑雷達(ISAR)技術研究領域的熱點。針對艦船目標的復雜運動特性以及采用步進線性調頻信號給實時處理帶來的困難,設計了以數(shù)字信號處理器作為處理單元數(shù)字信號處理板卡,選擇了適于步進線性調頻信號艦船ISAR成像實時處理的算法流程,并完成了實時處理在信號處理板卡上的任務分配和程序編寫。該方法能夠完成步進線性調頻信號艦船目標ISAR成像的實時處理任務,