【摘要】：逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)的成像目標(biāo)除了自身主體部分的運(yùn)動之外,往往還存在局部運(yùn)動,例如飛行中的直升機(jī)旋轉(zhuǎn)翼葉片、行駛中的汽車車輪,彈道導(dǎo)彈彈頭的進(jìn)動,行人走路或者跑步時手和腳的擺動等等,這些運(yùn)動統(tǒng)稱為微動。目標(biāo)的微動會產(chǎn)生額外的多普勒頻率調(diào)制,這種現(xiàn)象被稱作微多普勒效應(yīng)。不同的目標(biāo)具有特有的微動特征,這為雷達(dá)目標(biāo)的識別和分類提供了新的技術(shù)途徑。本文針對ISAR成像的微多普勒效應(yīng)展開研究,包括微多普勒效應(yīng)干擾的消除,目標(biāo)三維微動軌跡的重構(gòu),行人極化微動特征分析以及利用極化雷達(dá)對人體動作進(jìn)行分類研究。論文的主要研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下:1、微多普勒效應(yīng)干擾消除方法研究。針對微多普勒效應(yīng)對ISAR成像產(chǎn)生干擾的問題,提出了可以保留目標(biāo)主體部分并消除微動干擾部分的二元變分模態(tài)分解算法。該算法將已有的變分模態(tài)分解由實(shí)數(shù)應(yīng)用推廣到復(fù)數(shù)應(yīng)用,對ISAR經(jīng)過匹配濾波后的回波數(shù)據(jù),沿著方位向?qū)π盘栠M(jìn)行分解,通過設(shè)置合理的能量閾值分離出目標(biāo)主體回波信號和微動部分回波信號,隨之將微動干擾部分移除。最后對僅保留目標(biāo)主體信息的回波信號進(jìn)行成像處理,得到抑制了微動干擾的ISAR圖像。通過仿真和實(shí)際雷達(dá)實(shí)驗,驗證了該算法的有效性。此外,針對低脈沖重復(fù)頻率(PRF)導(dǎo)致纏繞的情況,提取時頻圖微動部分,采用變分模態(tài)分解,可以有效提取目標(biāo)的微動周期。2、重構(gòu)目標(biāo)三維微動軌跡方法研究。針對單發(fā)單收雷達(dá)系統(tǒng)只能獲取目標(biāo)沿雷達(dá)視線方向的信息,而無法獲取三維運(yùn)動信息的缺點(diǎn),提出了采用單發(fā)三收的L型三天線干涉雷達(dá)系統(tǒng)。結(jié)合維特比(Viterbi)算法和本證線性調(diào)頻信號成分分解(ICCD)算法,對目標(biāo)回波信號進(jìn)行分解,并提取各接收天線回波信號分解后的干涉相位,通過干涉相位提取目標(biāo)三維微動參數(shù)并重構(gòu)目標(biāo)三維微動軌跡。仿真結(jié)果驗證了所提出方法的有效性。通過雙天線干涉實(shí)驗,提取了目標(biāo)二維微動參數(shù)并重構(gòu)了目標(biāo)二維微動軌跡,實(shí)驗結(jié)果進(jìn)一步驗證了該方法的有效性。3、行人極化微動特征研究。通過卡內(nèi)基梅隆大學(xué)圖像實(shí)驗室的人體運(yùn)動捕獲數(shù)據(jù)庫獲取行人在不同時刻的各肢體的位置信息,利用FEKO軟件建立了行人下手臂和軀干模型。根據(jù)位置信息,通過MATLAB調(diào)用FEKO對行人下手臂的RCS進(jìn)行實(shí)時仿真,模擬行人極化回波并獲得不同極化條件下的時頻圖。根據(jù)時頻圖可以發(fā)現(xiàn),行人下手臂HH極化的微動時頻圖呈現(xiàn)上升的特征,行人下手臂HV極化的微動時頻圖呈現(xiàn)下降的特征。利用Ka波段的雙極化雷達(dá)對理論仿真結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗驗證,兩者高度吻合。4、利用極化雷達(dá)開展對人體動作的識別研究。開展了人體動作的雙極化雷達(dá)探測實(shí)驗,獲取大量實(shí)驗數(shù)據(jù)。通過對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,獲取時頻圖,結(jié)合HH極化和HV極化時頻圖,并采用深度卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)(DCNN)算法對人體動作進(jìn)行識別研究。將雙極化識別結(jié)果與只采用HH極化或者HV極化的識別結(jié)果進(jìn)行對比,結(jié)果表明采用HH和HV雙極化可以獲得比單一極化更高的識別準(zhǔn)確率。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院國家空間科學(xué)中心)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TN957.52
【圖文】：

運(yùn)動實(shí)現(xiàn)對目標(biāo)的二維成像。對ISAR成像的基本理論進(jìn)行介紹，利用理想的轉(zhuǎn)臺模型位向上實(shí)現(xiàn)目標(biāo)成像的原理。然后分別對振動和轉(zhuǎn)動兩目標(biāo)局部的振動和轉(zhuǎn)動相對主體運(yùn)動速度通常較快，因，無法采用一般的 ISAR 成像方法對微動目標(biāo)進(jìn)行成像的分析，可以發(fā)現(xiàn)研究微動可以有效提取目標(biāo)的微動特特征，可以更有效地對微動目標(biāo)進(jìn)行分類和識別。像基本理論介紹 ISAR 成像的基本理論，以理想的轉(zhuǎn)臺模型為基礎(chǔ)向分辨率進(jìn)行了分析。成像轉(zhuǎn)臺模型

轉(zhuǎn)臺模型[8]。在 O 點(diǎn)右側(cè)，即 y 軸正半軸方向上，目標(biāo)上的散射點(diǎn)靠近雷達(dá)的方向運(yùn)動，各散射點(diǎn)反射回來的頻率相對原始電磁波發(fā)射頻率是增大的，引起的多普勒頻率為正；而位于 O 點(diǎn)左側(cè)，即 y 軸負(fù)半軸方向，目標(biāo)上的散射點(diǎn)是遠(yuǎn)離雷達(dá)的方向運(yùn)動，各散射點(diǎn)反射回來的頻率相對原始電磁波發(fā)射頻率是減小的，即引起的多普勒頻率為負(fù)。假設(shè)目標(biāo)轉(zhuǎn)動的角速度是 ，目標(biāo)上其中一個散射點(diǎn)到 O 點(diǎn)的距離是 r，那么散射點(diǎn)的速度表示如下[8]v r... (2.1)由上式可知，散射點(diǎn)距離 O 點(diǎn)越遠(yuǎn)，相應(yīng)的速度也越大，多普勒頻率與目標(biāo)沿雷達(dá)視線方向的速度分量成正比。因此，散射點(diǎn)距離 O 點(diǎn)在方位向的距離越遠(yuǎn)，其對應(yīng)的多普勒頻率越大。對于理想轉(zhuǎn)臺模型，在小角度條件下，目標(biāo)上的散射點(diǎn)的方位向坐標(biāo)和產(chǎn)生的多普勒頻率偏移成正比，因此可以通過多普勒頻率偏移獲得目標(biāo)上散射點(diǎn)的方位向坐標(biāo)。

圖 2.3 ISAR 成像幾何圖Figure 2.3 ISAR imaging geometry(2.5)中，0A 為散射電場強(qiáng)度的幅度值， k 表示電磁波傳輸方向的矢量波數(shù) 2 代表雷達(dá)信號從發(fā)射到返回的距離是雙程的。如果將矢量波數(shù)改為由 x方向的合成，上式可以表示如下( cos sin )k k kk x y ... (2式中，k ， x和 y 分別表示k ，x和 y 方向的單位矢量，那么有0 0 00 00 0( cos sin ) ( )cos sinx yk r k x y x x y yk x k yk x k y ... (2(2.7)代入式(2.5)中可以得到0 02 cos 2 sin0( , )sj k x j k yk A e e E ... (2

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

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本文編號：2757514