本文關鍵詞：雷達關聯(lián)成像技術研究　出處：《國防科學技術大學》2014年博士論文　論文類型：學位論文

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【摘要】：關聯(lián)成像是光學領域研究前沿的新興熱點問題之一,能夠實現(xiàn)非定域性成像,一經(jīng)提出就引起了廣泛的討論和研究。本文借鑒光學關聯(lián)成像的基本原理,基于波前隨機調制、波束內超分辨的創(chuàng)新構思,探索一種不依賴、且不受限于目標相對運動的雷達關聯(lián)成像技術,與SAR/ISAR成像形成互補,為現(xiàn)有雷達成像技術中對靜止\準靜止目標以及非合作目標成像等瓶頸問題提供嶄新的視角和解決思路。論文圍繞雷達關聯(lián)成像展開研究,對成像過程和理論實現(xiàn)、數(shù)學模型建立、成像算法以及模型失配條件下的圖像重構等問題進行了研究。本文首先研究了雷達關聯(lián)成像的基本理論,對關聯(lián)成像應用于微波雷達系統(tǒng)的基本結構、信號波形以及波束內超分辨原理等基礎問題進行了研究。具體內容包括:1)分析了熱光關聯(lián)成像原理,從雷達信號處理的角度得出關聯(lián)成像實現(xiàn)的前提條件;2)提出采用時空不相關的探測信號實現(xiàn)雷達關聯(lián)成像的方式。對比了雷達關聯(lián)成像和熱光關聯(lián)成像的差異,并分析了二者在成像根本原理上的一致性;3)提出了陣列結構發(fā)射正交-時間不相關信號的波前調制方法,推導證明了這種方法能夠在探測區(qū)域產(chǎn)生具有時空不相關特征的雷達信號覆蓋;4)對比了雷達關聯(lián)成像與傳統(tǒng)SAR/ISAR以及陣列雷達成像方法,進一步詮釋了雷達關聯(lián)成像不依賴于多普勒頻率的波束內超分辨原理。結合數(shù)值模擬實驗說明了雷達關聯(lián)成像利用單脈沖回波能夠獲得靜止、合作以及非合作目標的清晰圖像。第三章研究了雷達關聯(lián)成像的空間模糊函數(shù),對名義分辨率、波形設計、陣列構型和抗干擾性能進行了分析。具體內容包括:1)給出了雷達關聯(lián)成像的空間模糊函數(shù),推導了名義分辨率的解析表達式,闡明了雷達系統(tǒng)參數(shù)與分辨能力之間的關系;2)給出了零載頻假設下的分辨率表示,從而量化評估陣列構型對分辨率的影響;3)提出了噪聲調制波形和混沌調制波形,該種波形能夠天然地滿足雷達關聯(lián)成像對正交性和時間不相關性的要求;4)針對典型的雷達成像干擾形式,分析了雷達關聯(lián)成像的抗干擾性,理論和實驗都說明由于采用了具有時空不相關特征的探測信號,這種成像技術具有突出的抗干擾性能。第四章研究了基于參數(shù)化模型的圖像重構方法。由于探測信號的空間不相關特征受到微波系統(tǒng)條件限制,熱光關聯(lián)成像中基本的相關重構法并不能在雷達關聯(lián)成像中獲得高分辨率。本章由此提出了參數(shù)化模型下的重構方法,對成像方程的構造和重構條件進行了分析,并提出了分步式重構方法以降低計算復雜度。重點分析了在三維區(qū)域構造時空不相關探測信號的條件,由此在參數(shù)化模型下研究了雷達關聯(lián)成像的三維圖像重構。第五章對模型失配條件下的成像算法展開了研究,具體內容包括:1)分析了模型失配的產(chǎn)生原因,即目標運動和初始網(wǎng)格失配;2)研究了模型失配條件下的信號模型,給出了其主要影響因素:目標運動速率、初始網(wǎng)格偏移、探測信號的時空不相關特征以及目標散射系數(shù)矢量;3)分析了現(xiàn)有算法在模型失配條件下的局限性,給出了圖像重構的兩種方案;4)針對運動目標引起的模型失配,研究了基于稀疏恢復的圖像重構算法。針對高速運動目標給出了基于參數(shù)估計和基于多維參數(shù)聯(lián)合估計的成像方案;5)分析了雷達關聯(lián)成像中初始網(wǎng)格失配效應的特殊性,并分析了現(xiàn)有網(wǎng)格優(yōu)化算法的局限性,從而提出了相關-參數(shù)化聯(lián)合重構算法,在保證分辨率的同時有效增強了模型失配條件下算法的穩(wěn)健性。并且,提出了基于匹配濾波的聯(lián)合重構算法,將傳統(tǒng)雷達成像與關聯(lián)成像初步結合,在提高算法效率的同時,能夠為模型失配條件下的誤差估計提供有效先驗信息,提高圖像重構質量。第六章對全文進行總結,并指出下一步可能的研究工作。
[Abstract]:Correlated imaging is one of the emerging hotspot frontier in the field of optics, can realize the nonlocality of imaging, once proposed have aroused extensive discussion and research. Referring to the principle of optical image correlation, wavefront random modulation based on innovative ideas in the beam of super resolution, explore a do not rely on, and is not limited radar image correlation technology in target relative motion, and complementary to existing SAR/ISAR imaging, radar imaging of stationary quasi stationary targets and non cooperative target imaging problem provides a new perspective and ideas to solve. This thesis focuses on the research of correlated imaging radar, imaging process and theory, the mathematical model is established, the problem of imaging the model and algorithm of image reconstruction with loss conditions were studied. This paper firstly studies the basic theory of association of association of imaging radar, imaging applied to The basic structure of microwave radar system, signal waveform and beam in super resolution principle are studied. The specific contents include: 1) analysis of thermal correlated imaging principle, the premise of correlated imaging realized from the angle of radar signal processing; 2) mining association with imaging radar detection signal is not relevant time and space. The comparison between radar correlated imaging and correlated imaging with thermal light, and analyzes the two fundamental principle of consistency in imaging; 3) wavefront modulation method is proposed to transmit orthogonal array structure - time uncorrelated signals, it is proved that this method can generate radar signal coverage both in time and space related characteristics in the detecting area; 4) compared with the traditional SAR/ISAR and the associated radar imaging array radar imaging method, further interpretation of the related imaging radar does not depend on the frequency of Doppler Beam in super resolution principle. Based on the numerical simulation experiment indicates that the single pulse echo can be obtained using the static correlation imaging radar, clear images of cooperation and non cooperative target. The third chapter studies the correlation of imaging radar ambiguity function of space, name resolution, waveform design, array configuration and anti-jamming performance is analyzed. The specific contents include 1) gives the association space imaging radar ambiguity function, the analytical expression of the nominal resolution is deduced, the relationship between the radar system parameters and resolution; 2) gives zero frequency resolution under the assumption that, in order to quantify the effects of array configuration on the assessment resolution; 3) noise modulation waveform and chaotic modulation put forward the waveform, waveform can satisfy the natural image correlation radar correlation on the orthogonality and time requirements; 4) for typical ray reach like shape interference Type analysis of interference correlation imaging radar, the theory and the experiment shows that the detection signal both in time and space characteristics, has the anti-jamming performance highlight of this imaging technique. The fourth chapter studies the image reconstruction method based on parametric models. The detection signal space characteristics by microwave the system limit, related basic reconstruction method can not in thermal correlated imaging and obtain high resolution radar image correlation. In this chapter the reconstruction method of parametric model, structure and reconstruction on the imaging equation are analyzed, and puts forward the step-by-step reconstruction method to reduce the computational complexity is analyzed. In the three-dimensional space and time correlation detection signal of regional tectonic conditions, resulting in the parametric model of 3D image reconstruction imaging radar. The fifth chapter related to the model mismatch With the condition of imaging algorithm is studied, the specific contents include: 1) analysis of the causes of model mismatch, i.e. the target motion and the initial mesh mismatch; 2) signal model to study the model mismatch conditions, are the main influencing factors: the rate of target motion, the initial mesh offset, space-time detection signal irrelevant features and target scattering coefficient vector; 3) analysis of the limitations of the existing algorithms with loss conditions in the model, gives two kinds of scheme of image reconstruction; 4) for moving targets caused by model mismatch, the image reconstruction algorithm based on sparse recovery. For the high speed moving target parameters is presented. Estimation and estimation based on multi parameter imaging scheme based on the analysis of the particularity; 5) the initial mesh mismatch effect between imaging radar, and analyzes the limitations of the existing grid optimization algorithm, and puts forward relevant Parametric joint reconstruction algorithm, in ensuring the resolution and effectively enhance the model mismatch conditions with algorithm robustness. And proposed joint reconstruction algorithm based on matched filtering, the preliminary combination of traditional radar imaging and image correlation, in improve the efficiency of the algorithm at the same time, to the model mismatch conditions provide estimates of error effective prior information, improve the quality of image reconstruction. The sixth chapter summarizes the full text, and points out that the research work may be the next step.

【學位授予單位】：國防科學技術大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TN957.52

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本文編號：1419393