【摘要】：雷達(dá)三維成像可以采用雷達(dá)平臺(tái)與目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的合成孔徑(逆合成孔徑)和實(shí)孔徑相結(jié)合的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文研究一種線陣ISAR三維成像的系統(tǒng),三維線陣ISAR,傳統(tǒng)二維ISAR實(shí)質(zhì)上將三維目標(biāo)投影到距離-方位平面上,在線陣三維ISAR中,當(dāng)線陣方向垂直于二維成像平面時(shí),通過(guò)線陣天線獲取目標(biāo)回波,通過(guò)線陣信號(hào)處理等相關(guān)知識(shí)即可以重構(gòu)出目標(biāo)在該方向上的散射信息。對(duì)目標(biāo)進(jìn)行三維成像可以提高在軍事中目標(biāo)跟蹤,目標(biāo)識(shí)別的作用。考慮到在實(shí)際工作時(shí),線陣可能的非均勻排布,目標(biāo)具有稀疏特性,本文重點(diǎn)研究在線陣非均勻排布時(shí)的ISAR三維成像方法,還需要研究提高成像效果的算法。具體研究?jī)?nèi)容如下。本文首先介紹了ISAR成像原理,研究并分析了線陣ISAR三維成像的基本工作方式,在轉(zhuǎn)臺(tái)運(yùn)動(dòng)模型的基礎(chǔ)上通過(guò)線陣的排布來(lái)實(shí)現(xiàn)三維成像,理論分析了在三個(gè)維度的分辨率,可知線陣三維ISAR在線陣向上的分辨率與雷達(dá)波長(zhǎng),目標(biāo)高度以及線陣長(zhǎng)度有關(guān),當(dāng)線陣長(zhǎng)度越長(zhǎng)時(shí),分辨性能越好。利用投影切片理論證明了通過(guò)線陣與傳統(tǒng)ISAR相結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)三維數(shù)據(jù)采集與成像的可行性。最后研究一種三維成像算法,基于匹配濾波技術(shù)的三維ISAR成像算法,研究在不同線陣長(zhǎng)度下的三維成像效果,驗(yàn)證了三維成像的可行性,并且通過(guò)設(shè)定不同陣元數(shù)目分析了系統(tǒng)在線陣方向上對(duì)目標(biāo)的分辨性能。研究了線陣收發(fā)模式,根據(jù)等效相位中心原理,不同的收發(fā)模式線陣都可以等效成收發(fā)共用的等效虛擬線陣,在后面的仿真中,考慮的線陣中的陣元就是收發(fā)共用陣元。根據(jù)角度估計(jì)的空間奈奎斯特定理,線陣間距過(guò)大時(shí)會(huì)出現(xiàn)虛假成像,構(gòu)造兩種非均勻線陣,通過(guò)分析驗(yàn)證其可以抑制虛假成像。在第2章研究了線陣ISAR三維成像的基本工作方式與成像方法,在此基礎(chǔ)上研究利用一種迭代自適應(yīng)譜估計(jì)算法來(lái)進(jìn)行非均勻線陣ISAR三維成像,進(jìn)行仿真并進(jìn)行結(jié)果對(duì)比。在第3章研究的非均勻線陣排列的基礎(chǔ)上,介紹幾種壓縮感知重構(gòu)算法,研究了信號(hào)的稀疏性表示,分析了利用壓縮感知理論進(jìn)行線陣ISAR三維成像的可行性,研究了基于壓縮感知算法的非均勻線陣ISAR三維成像,進(jìn)行仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證可行性,對(duì)比幾種壓縮感知算法在成像過(guò)程中的性能。
【圖文】：

美國(guó)海軍部門的 James A. Given 和 William R. Schmidt 介式下的 InISAR 成像方法[21,22]。其中一種是目標(biāo)滾動(dòng)多普勒為主位多普勒為主。這兩種多普勒回波分別是由于艦船的滾動(dòng)角和方來(lái)的。國(guó)內(nèi)，關(guān)于利用雙天線的 InISAR 來(lái)對(duì)目標(biāo)測(cè)高并獲取三維圖像的進(jìn)展，在上世紀(jì) 90 年代末，有一些國(guó)內(nèi)的學(xué)者和研究機(jī)構(gòu)對(duì)此做。北京航空航天大學(xué)的許小劍研究了 InISAR 三維成像技術(shù)在復(fù)雜射特性分析和建模中的應(yīng)用[23]。(a)測(cè)量配置 (b)飛機(jī)模型

陣列與雷達(dá)三維成像相結(jié)合的技術(shù)可以直接利用雷達(dá)陣列與 SAR 或 ISA照一定工作方式來(lái)直接獲取三維目標(biāo)所有散射點(diǎn)的反射回波，這種成像技前主要是應(yīng)用在 SAR 上，如陣列下視三維 SAR。1996 年，B.R.Mahafza 等人提出了陣列三維 SAR 的概念[32]，利用陣列與的橫向運(yùn)動(dòng)形成等效二維面陣，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的三維成像。1999 年，，陣視三維成像的概念第一次被 Gierull 提出，并且采用單頻雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行了驗(yàn)驗(yàn)[33]。2004 年，法國(guó) ONERA 的 R.Giret 采用了 LFM 信號(hào)，研究了在無(wú)人臺(tái)上的毫米波三維成像系統(tǒng)[34]，基于該研究的成像技術(shù)，在 2005 年設(shè)計(jì)了 DRIVE 系統(tǒng)[35]。在 2006 年，德國(guó)的 FGAN-FHR 研究了利用稀疏陣列飛機(jī)的機(jī)底觀測(cè)以及進(jìn)行三維成像的系統(tǒng) ARTINO[36,37]，該系統(tǒng)采用的陣發(fā)模式是多發(fā)多收且收發(fā)分置的方式，可以等效為均勻的相位中心，雷達(dá) LFM 信號(hào)，系統(tǒng)工作在 Ka 波段，雷達(dá)陣列安置在小型無(wú)人機(jī)上。2010 年，系統(tǒng)進(jìn)行首次實(shí)驗(yàn)，系統(tǒng)平臺(tái)為一重約 25Kg 的無(wú)人機(jī)，共有 40 個(gè)發(fā)射位于無(wú)人機(jī)機(jī)翼兩端，36 個(gè)接收陣元均勻分布在機(jī)翼中間，裝備的飛行高為 200m，飛行速度為 15m/s，對(duì)地面反射目標(biāo)進(jìn)行成像，系統(tǒng)如圖 1-2 所示
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN957.52

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