分?jǐn)?shù)階Fourier變換在逆合成孔徑雷達(dá)成像處理中的應(yīng)用.pdf

1、逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)能夠?qū)崿F(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的高分辨二維成像，并具有全天候全時(shí)段的工作能力，因此受到各國(guó)研究者的廣泛重視并得到了迅速的發(fā)展，成像對(duì)象己從最初的平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)擴(kuò)展到復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，例如強(qiáng)機(jī)動(dòng)飛機(jī)目標(biāo)、復(fù)雜海情中的艦船目標(biāo)、高速飛行的空間航天器和空間碎片、旋翼飛機(jī)等。這些復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波信號(hào)通常是非平穩(wěn)的，具有多分量LFM信號(hào)的特征，此時(shí)傳統(tǒng)的RD算法已不再適用，必須尋找新的處理方法。 分?jǐn)?shù)階Fouire變換(FRFT)

2、是一種新興的非平穩(wěn)信號(hào)處理方法，它是一種全時(shí)域的線性變換，具有很高的時(shí)頻分辨率，不存在交叉項(xiàng)干擾問(wèn)題，因而對(duì)分析和處理多分量LFM信號(hào)具有十分優(yōu)良的特性。本文將FRFT應(yīng)用到ISAR成像處理中，對(duì)高速目標(biāo)、機(jī)動(dòng)目標(biāo)和含游動(dòng)部件目標(biāo)的成像進(jìn)行了較深入的研究。 本文首先研究了基于FRFT的LFM信號(hào)檢測(cè)和參數(shù)估計(jì)問(wèn)題，提出一種基于分?jǐn)?shù)階頻譜原點(diǎn)矩的檢測(cè)方法，并經(jīng)數(shù)學(xué)推導(dǎo)和物理分析論證了該方法檢測(cè)LFM信號(hào)的有效性。研究表明該方法與R

3、AT檢測(cè)方法等價(jià)，但它的計(jì)算量更小，能夠更加有效地完成LFM信號(hào)檢測(cè)和調(diào)頻斜率估計(jì)。 高速目標(biāo)成像中的距離色散現(xiàn)象將嚴(yán)重影響目標(biāo)的距離成像和ISAR圖像質(zhì)量，本文研究了基于FRFT距離壓縮的解決方法。通過(guò)建立高速目標(biāo)寬帶回波模型和運(yùn)動(dòng)目標(biāo)距離向點(diǎn)散布函數(shù)，詳細(xì)分析了距離色散對(duì)目標(biāo)距離像和ISAR圖像的影響。利用高速目標(biāo)回波是調(diào)頻斜率相同的LFM信號(hào)的特點(diǎn)，采用FRFT替代傳統(tǒng)的DFT完成距離壓縮，從而消除了目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)的距離色散

4、效應(yīng)，校正了距離像的模糊和畸變，避免ISAR圖像的徑向散焦。 機(jī)動(dòng)目標(biāo)的多普勒回波多數(shù)情況下可以近似為L(zhǎng)FM信號(hào)，因此FRFT能夠解決機(jī)動(dòng)目標(biāo)的橫向散焦問(wèn)題。通過(guò)分?jǐn)?shù)階Fourier域?yàn)V波對(duì)距離單元回波完成子回波分離預(yù)處理，可以抑制距離-瞬時(shí)多普勒(RID)成像中的交叉項(xiàng)，提高RID圖像質(zhì)量。機(jī)動(dòng)目標(biāo)成像還可通過(guò)FRFT方位壓縮實(shí)現(xiàn)，當(dāng)散射點(diǎn)子回波在某分?jǐn)?shù)階Fourier域的能量聚集性最好時(shí)，它在該Fourier域的頻譜就是其聚

5、焦橫向像，將距離單元內(nèi)所有散射點(diǎn)在分?jǐn)?shù)階Fourier域的聚焦橫向像相加則可實(shí)現(xiàn)該距離單元的橫向成像，仿真表明基于FRFT方位壓縮的成像結(jié)果好于RID方法。并且FRFT方位壓縮過(guò)程完整地保留回波的相位信息，因此該方法能有效地實(shí)現(xiàn)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的三維成像。此外，對(duì)于同時(shí)具有高速和機(jī)動(dòng)兩種運(yùn)動(dòng)形式的目標(biāo)，可通過(guò)二維FRFT壓縮實(shí)現(xiàn)其成像。 本文研究的最后一個(gè)問(wèn)題是含游動(dòng)部件的目標(biāo)成像，轉(zhuǎn)動(dòng)部件和振動(dòng)部件的多普勒回波是正弦頻率調(diào)制信號(hào)，它們