發(fā)布時間：2020-07-11 12:00

【摘要】：成像雷達(dá)作為一種全天時、全天候的主動遠(yuǎn)距離觀測手段,在軍事及民用領(lǐng)域得到了很多應(yīng)用。逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)作為成像雷達(dá)的一種,已有無數(shù)先輩對其進(jìn)行了大量的研究。目前,單個平穩(wěn)運(yùn)動目標(biāo)的ISAR成像已經(jīng)基本成熟,因此研究者們將研究的方向放在了復(fù)雜情況下的ISAR成像,多目標(biāo)ISAR成像就屬于這種復(fù)雜情況下的特殊成像場景。本文根據(jù)目標(biāo)的運(yùn)動狀態(tài)差異將多目標(biāo)成像劃分為兩類:運(yùn)動狀態(tài)差異較大的多目標(biāo)成像以及運(yùn)動狀態(tài)相似的多目標(biāo)成像。針對兩種成像場景的特點(diǎn),提出了對應(yīng)的成像處理算法。文章的主要工作如下:(1)介紹ISAR成像的基本原理,分析其距離向與方位向高分辨的信號處理過程。介紹了固定勻速轉(zhuǎn)動模型及距離-多普勒成像(RD)算法。闡述了運(yùn)動補(bǔ)償對于ISAR成像的作用及必要性,介紹了幾種常用的運(yùn)動補(bǔ)償方法并應(yīng)用實(shí)測數(shù)據(jù)的成像結(jié)果對比其算法性能。分析了非平穩(wěn)運(yùn)動目標(biāo)成像的難點(diǎn)以及對應(yīng)的處理方法——距離-瞬時多普勒(RID)成像。介紹了一種基于三次相位信號模型的RID成像方法。為后文解決多目標(biāo)成像問題打下理論基礎(chǔ)。(2)建立多目標(biāo)ISAR成像的目標(biāo)三維空間運(yùn)動模型及雷達(dá)回波信號模型。通過分析回波信號的特點(diǎn),明確了多目標(biāo)ISAR成像的難點(diǎn)在于運(yùn)動補(bǔ)償。針對這一問題,提出一種基于運(yùn)動參數(shù)搜索與最小圖像熵的運(yùn)動補(bǔ)償思路,即當(dāng)以某一目標(biāo)的運(yùn)動參數(shù)來對回波進(jìn)行補(bǔ)償后,其成像結(jié)果的熵值最小。為避免使用計(jì)算量巨大且十分不靈活的遍歷算法,本文借鑒了現(xiàn)有的粒子群優(yōu)化算法,實(shí)現(xiàn)了快速準(zhǔn)確的運(yùn)動參數(shù)估計(jì)。通過圖像域的目標(biāo)剔除及多次迭代即可獲得每一個目標(biāo)的清晰成像結(jié)果。最后,通過仿真數(shù)據(jù)的成像結(jié)果證明了基于運(yùn)動參數(shù)搜索的多目標(biāo)成像方法的有效性,并通過分析成像處理過程討論了該方法的局限性及可能改進(jìn)的方向。(3)針對運(yùn)動參數(shù)搜索算法的局限性以及實(shí)際艦船目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài),提出了一種基于圖像處理的多目標(biāo)ISAR成像方法。該方法可應(yīng)用在目標(biāo)運(yùn)動狀態(tài)相似的情況下,在圖像域分離目標(biāo)并單獨(dú)重新聚焦成像。由于編隊(duì)航行的艦船通常相距較近,目標(biāo)的一維距離像會發(fā)生高度重合,且由于目標(biāo)間的速度差異,目標(biāo)在多普勒方向的位置也相對隨機(jī),因此簡單的從方位向或距離向來對目標(biāo)進(jìn)行分割是不合理的。本文希望通過圖像處理中的幾何聚類方法對隨機(jī)位置分布的目標(biāo)進(jìn)行有效的分割提取,但由于ISAR圖像的稀疏性和隨機(jī)的噪聲分布,幾何聚類法無法直接應(yīng)用于ISAR圖像。因此,本文創(chuàng)新性的使用一系列圖像處理手段,將具有較強(qiáng)噪聲的稀疏ISAR圖像變?yōu)檫吘壡逦?內(nèi)部連通的多個獨(dú)立目標(biāo)區(qū)域。在復(fù)圖像域應(yīng)用幾何聚類法分割提取目標(biāo)后,將目標(biāo)數(shù)據(jù)反變換至回波域并分別進(jìn)行單目標(biāo)的成像處理。該方法經(jīng)過仿真及實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證,效果良好。
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TN957.52
【圖文】：

圖 2-1 雷達(dá)回波示意圖見，若要得到目標(biāo)在距離向的空間位置分布，即一維距離像，還處理。由于一維距離像相當(dāng)于是將每個散射點(diǎn)的回波在時域上進(jìn)理的過程被稱為脈沖壓縮。匹配濾波是一種應(yīng)用較為廣泛的脈沖輸出主瓣寬度為1/ B (B為信號的帶寬)，對應(yīng)的距離分辨率為 c可直接通過卷積運(yùn)算得到，但運(yùn)算量相對較大。因此工程上一般通信號變換到頻域，之后在頻域進(jìn)行共軛相乘，最后做 IFFT 返回域的卷積運(yùn)算。脈壓處理過程的如圖 2-2 所示。參考信號接收信號FFTFFT 共軛相乘IFFTpTp T T圖 2-2 匹配濾波脈壓示意圖

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文2srFc SAR 中的飛機(jī)目標(biāo)為例，飛機(jī)的長度一般小于 100 米，假設(shè) 100 微秒，帶寬 400MHz，則所需要的采樣率為 1.3MHz，這 400MHz 采樣率相比，有效的降低了中放和 A/D 的要求。位向高分辨實(shí)孔徑天線雷達(dá)，方位分辨率與雷達(dá)天線的波束寬度和目標(biāo)關(guān)。例如，假設(shè)天線的波束寬度為 0.01 弧度，目標(biāo)與雷達(dá)間此時的方位分辨率約為 100 米。顯然，這種量級的分辨能力像。在提高方位向分辨率的理論分析中，一種是從空間合成描述方位分辨率的提高機(jī)理，這種描述方法多用于 SAR。另應(yīng)的角度來進(jìn)行描述，這種描述多用于 ISAR，這里將主要。

圖 2-5 勻速轉(zhuǎn)臺模型的多普勒頻率僅由徑向速度rv 決定， 0 02 22 2cos sinrv drx w y wwt wt dt 長，如果成像積累時間很短， =wt) 1。將其代入式(2-13)及式(2-12)可得00 02,dx wf r r y 坐標(biāo)系 XOY 中的坐標(biāo) 0 0x ,y 與df 和信息和多普勒信息即可獲得目標(biāo)的二 RD 算法。標(biāo)的 RD 算法處理結(jié)果如圖 2-6 所示。維距離像，由于目標(biāo)與雷達(dá)間的相對

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前5條

1 陳文馳,邢孟道;基于Keystone變換的多目標(biāo)ISAR成像算法[J];現(xiàn)代雷達(dá);2005年03期

2 邢孟道,保錚;外場實(shí)測數(shù)據(jù)的艦船目標(biāo)ISAR成像[J];電子與信息學(xué)報;2001年12期

3 邢孟道,保錚;一種逆合成孔徑雷達(dá)成像包絡(luò)對齊的新方法[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報;2000年01期

4 楊軍，王民勝，保錚;一種ISAR多目標(biāo)實(shí)時成像方法[J];電子學(xué)報;1995年04期

5 保錚,鄧文彪,楊軍;ISAR成像處理中的一種運(yùn)動補(bǔ)償方法[J];電子學(xué)報;1992年06期

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 朱鵬凱;基于ISAR圖像的艦船目標(biāo)識別研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2016年

2 鄭澤星;艦船目標(biāo)ISAR成像研究[D];哈爾濱工業(yè)大學(xué);2007年

本文編號：2750385