發(fā)布時(shí)間：2020-09-03 09:09

　　 逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse synthetic aperture radar,ISAR)是一種重要的成像雷達(dá),它具有全天候、全天時(shí)、遠(yuǎn)距離成像的特點(diǎn),可以獲取目標(biāo)的二維高分辨圖像,提供觀測(cè)目標(biāo)的尺寸和結(jié)構(gòu)等豐富的特征信息,在軍事和民用領(lǐng)域均有重要的應(yīng)用價(jià)值。經(jīng)過(guò)半個(gè)多世紀(jì)的發(fā)展,ISAR成像的基本理論已較為成熟;然而,隨著觀測(cè)場(chǎng)景的多樣化以及成像目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的復(fù)雜化,給ISAR成像技術(shù)帶來(lái)了新的挑戰(zhàn)。由于非合作目標(biāo)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng),導(dǎo)致目標(biāo)散射點(diǎn)能量分布在不同的距離門,同時(shí)每個(gè)散射點(diǎn)也會(huì)產(chǎn)生時(shí)變的多普勒頻率,使得基于傳統(tǒng)的距離多普勒(Range Doppler,RD)成像算法獲得的ISAR圖像出現(xiàn)散焦和拖尾;同時(shí),由于大氣衰減、隱身技術(shù)的發(fā)展、目標(biāo)與雷達(dá)間的遠(yuǎn)距離以及雜波、噪聲干擾等原因?qū)е吕走_(dá)回波信號(hào)信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)較低,從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的ISAR成像方法失效;此外,隨著軍事和民用需求的提高,對(duì)ISAR系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性提出了更高的要求。本文圍繞上述存在的問(wèn)題展開(kāi)研究,主要的研究?jī)?nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:(1)針對(duì)回波信號(hào)在SNR環(huán)境下,傳統(tǒng)的平動(dòng)補(bǔ)償方法失效的問(wèn)題;本文在充分利用運(yùn)動(dòng)目標(biāo)中所有散射體的能量和二維相干積累增益的意圖下,提出一種聯(lián)合包絡(luò)對(duì)齊和相位校正的參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償方法。首先,將目標(biāo)平動(dòng)建模為多項(xiàng)式信號(hào),并利用同一運(yùn)動(dòng)目標(biāo)上所有散射體具有相同的平動(dòng)歷程這一先驗(yàn)信息,通過(guò)相位差分(Phase Difference,PD)和Keystone變換(Keystone Transform,KT)將目標(biāo)上所有散射體能量聚集到同一距離單元。然后,通過(guò)分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(Fractional Fourier transform,FrFT)將該距離單元內(nèi)的所有散射體能量集中到一個(gè)強(qiáng)點(diǎn),進(jìn)而準(zhǔn)確地估計(jì)出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)平動(dòng)參數(shù)。根據(jù)估計(jì)的多項(xiàng)式系數(shù),通過(guò)解調(diào)操作和KT來(lái)聯(lián)合矯正距離走動(dòng)和相位誤差。本文提出方法通過(guò)利用所有散射體的能量來(lái)提高輸出SNR來(lái)保持在低SNR下的性能;此外,由于避免了多維搜索因此具有較低的計(jì)算復(fù)雜度。最后,理論分析和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了該方法的有效性。(2)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致散射體回波信號(hào)多普勒頻率時(shí)變,給ISAR成像方位向處理帶來(lái)困難。而傳統(tǒng)的RD成像方法、Wigner-Ville distribution(WVD)瞬時(shí)成像方法、Radon-Wigner等成像方法由于成像效果差或運(yùn)算效率低等因素,不適合復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的ISAR實(shí)時(shí)成像。針對(duì)這些問(wèn)題,本文在三次相位函數(shù)(Cubic phase function,CPF)的基礎(chǔ)上結(jié)合狄拉克函數(shù)的取樣特性,提出了一種相干積累的三次相位函數(shù)(Coherent accumulation cubic phase function,CICPF)來(lái)提高輸出信噪比,及抑制噪聲項(xiàng)和交叉項(xiàng);詳細(xì)分析和比較了現(xiàn)有的LFM參數(shù)估計(jì)方法和CICPF的參數(shù)估計(jì)性能,并從公式上推導(dǎo)了其克拉美羅下界(Cramer-Rao Lower Bound,CRLB)和信噪比增益;最后將CICPF應(yīng)用到ISAR成像中,相比于現(xiàn)有的成像算法,提出的算法能夠在低SNR環(huán)境下得到聚焦良好的ISAR圖像。實(shí)驗(yàn)仿真結(jié)果也驗(yàn)證了提出算法的有效性。(3)針對(duì)ISAR成像處理后的方位定標(biāo)難題,本文中提出一種基于偽極坐標(biāo)快速傅里葉變換(Pseudo-Polar Fast Fourier Transform,PPFFT)的快速ISAR方位定標(biāo)方法。首先,該方法利用高效的PPFFT把兩幅相鄰的ISAR圖像的旋轉(zhuǎn)關(guān)系轉(zhuǎn)化為極角的平移關(guān)系;然后,在此基礎(chǔ)上定義了一種新的代價(jià)函數(shù)來(lái)粗估目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)角速度(Rotation angle velocity,RAV);最后,通過(guò)采用經(jīng)典二分法估計(jì)得到最優(yōu)的RAV。與現(xiàn)有的方位定標(biāo)方法相比,由于PPFFT不需要進(jìn)行插值操作,提出方法擁有較高的精度和計(jì)算效率;并且在仿真部分獲得了高精度的飛機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)定標(biāo)處理結(jié)果。
【學(xué)位單位】：重慶大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類】：TN957.52
【部分圖文】：

圖 1.1 空間碎片示意圖Fig.1.1Adiagram of space fragments現(xiàn)在應(yīng)用場(chǎng)景下，如圖 1.1 所示的空間碎片監(jiān)減以及雜波、噪聲干擾等原因?qū)е吕走_(dá)回波雜；這些給 ISAR 的平動(dòng)補(bǔ)償和成像算法設(shè)，目標(biāo)通過(guò)設(shè)計(jì)合理的氣動(dòng)外形，采用吸波(Radar-cross section, RCS)；并且常常伴隨雜波上降低了雷達(dá)回波的 SNR。此外，強(qiáng)噪聲干地降低了回波包絡(luò)間的相關(guān)性，導(dǎo)致傳統(tǒng)平來(lái)相位誤差，進(jìn)而導(dǎo)致 ISAR 圖像出現(xiàn)散焦[2像技術(shù)需要進(jìn)一步的研究和探索。得反映成像目標(biāo)真實(shí)尺寸的 ISAR 圖像，需要續(xù)的目標(biāo)識(shí)別和分類。然而，傳統(tǒng)的 ISAR 定間權(quán)衡，因此需要進(jìn)一步研究和設(shè)計(jì)出一種

1 緒論通用原子公司、美國(guó)麻省理工學(xué)院(Massachu-setts Institute of Technology, MIT)林肯實(shí)驗(yàn)室等公司和實(shí)驗(yàn)室先后成功研發(fā)了針對(duì)空間軌道目標(biāo)的成像雷達(dá)[22]。隨后的十年里，由 MIT 林肯實(shí)驗(yàn)室成功研發(fā)的 ALCOR 雷達(dá)(帶寬為 512MHz)，其工作在Ｃ波段，是世界上第一部遠(yuǎn)距寬帶 ISAR 成像雷達(dá)，并在夸賈林靶場(chǎng)開(kāi)始投入使用[23]，并獲得了世界上首個(gè)近空目標(biāo)的高分辨 ISAR 圖像；ALCOR 雷達(dá)及成像情況如圖 1.2 所示。著名研究學(xué)者 Walker 針對(duì)旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的距離多普勒成像的運(yùn)用模型在理論層面上展開(kāi)了進(jìn)一步研究。

重慶大學(xué)碩士學(xué)位論文監(jiān)測(cè)要求越來(lái)越高，特別是針對(duì)導(dǎo)彈等高機(jī)動(dòng)目標(biāo)，在這些迫切的軍事需求下，進(jìn)一步加速了 ISAR 技術(shù)的發(fā)展。ISAR 能夠有效獲取運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的高分辨圖像，對(duì)了解和掌握敵方軍事意圖具有重大幫助，其已作為國(guó)防戰(zhàn)略系統(tǒng)中重要的環(huán)節(jié)，成為各國(guó)國(guó)防事業(yè)發(fā)展的重要方向。在 ISAR 成像基礎(chǔ)理論和 ISAR 系統(tǒng)研發(fā)方面，美國(guó)處于優(yōu)勢(shì)地位；其他國(guó)家也都相繼進(jìn)行了有關(guān) ISAR 的研究并研發(fā)了實(shí)際的雷達(dá)系統(tǒng)。其中，德國(guó)的 TIRA(Tracking and Imaging Radar)雷達(dá)，是由德國(guó)高頻物理和雷達(dá)技術(shù)研究所研發(fā)的同時(shí)具備跟蹤和寬帶成像能力的 ISAR 雷達(dá)系統(tǒng)，具有直徑分別為 49 米和 34 米的天線罩和拋物面，其距離分辨率可以達(dá)到 25cm，可以工作在不同波段從而實(shí)現(xiàn)特定的功能。另外，該部雷達(dá)先后成功獲取了前蘇聯(lián)禮炮-7 空間站以及德國(guó)的ABRIXAS 衛(wèi)星的 ISAR 圖像[27]；圖 1.3 為德國(guó)的 TIRA 雷達(dá)及其成像結(jié)果。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前3條

1 陳文馳;劉飛;;一種低信噪比下的ISAR成像實(shí)現(xiàn)方法[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2010年03期

2 李亞超;全英匯;邢孟道;;一種基于時(shí)頻分布尺度變換的ISAR成像新方法[J];電子學(xué)報(bào);2009年09期

3 陳文馳,保錚,邢孟道;基于Keystone變換的低信噪比ISAR成像[J];西安電子科技大學(xué)學(xué)報(bào);2003年02期

相關(guān)會(huì)議論文 前1條

1 李寧;汪玲;;一種基于有效轉(zhuǎn)動(dòng)角速度估計(jì)的ISAR圖像方位向定標(biāo)方法[A];2011年全國(guó)通信安全學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2011年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前3條

1 劉磊;逆合成孔徑雷達(dá)二維及三維成像方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2016年

2 白雪茹;空天目標(biāo)逆合成孔徑雷達(dá)成像新方法研究[D];西安電子科技大學(xué);2011年

3 謝曉春;壓縮感知理論在雷達(dá)成像中的應(yīng)用研究[D];中國(guó)科學(xué)院研究生院（空間科學(xué)與應(yīng)用研究中心）;2010年

本文編號(hào)：2811237