【摘要】：逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)是一種高分辨的二維成像雷達(dá),可對飛機、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、和艦船等運動目標(biāo)進行成像,具有全天候、全天時、遠(yuǎn)距離的特點,在戰(zhàn)略防御、戰(zhàn)場偵察、火力評估等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值,是雷達(dá)預(yù)警的關(guān)鍵組成部分。目前,包括我國在內(nèi)的很多國家都在構(gòu)建陸、海、空、天一體化預(yù)警網(wǎng)絡(luò)。其中,利用浮空器平臺進行雷達(dá)預(yù)警由于具有執(zhí)行任務(wù)時間長、效費比高、隱身與反隱身性能好等優(yōu)點,成為了當(dāng)前空基預(yù)警中的一個前沿問題。本文深入研究了浮空器載ISAR對飛機目標(biāo)的成像,包括浮空器的不穩(wěn)定運動對ISAR成像的影響、浮空器載ISAR對飛機的高分辨成像與運動補償、對螺旋槳飛機成像時的微動干擾抑制、對在同一波束內(nèi)的多個飛機目標(biāo)的成像及對浮空器載ISAR飛機圖像的橫向定標(biāo)。本文的主要研究內(nèi)容為:本文首先介紹了穩(wěn)定平臺下ISAR飛機目標(biāo)成像的基本理論和方法。在該部分本文對所探測的飛機目標(biāo)的運動方式及其回波信號進行了建模,并介紹ISAR二維成像的原理和距離—多普勒算法,還給出了傳統(tǒng)的ISAR運動補償算法,包括包絡(luò)互相關(guān)法和模-1法距離對準(zhǔn)和相位梯度自聚焦等。由于實際的浮空器并不穩(wěn)定,接下來本文建立了浮空器的三維運動模型,根據(jù)其動力學(xué)方程和運動學(xué)方程,對浮空器在受氣流擾動后的運動特性進行了分析,隨后通過仿真詳細(xì)研究了浮空器平臺的不穩(wěn)定運動對飛機目標(biāo)的ISAR成像所造成的影響。由于浮空器的不穩(wěn)定運動會引入復(fù)雜的多普勒頻率,傳統(tǒng)的運動補償和成像算法所得到的效果并不理想。針對該問題本文提出了浮空器載ISAR對飛機的高分辨成像方法,其基本思想是通過對回波數(shù)據(jù)的時間稀疏化處理去除浮空器受到氣流擾動期間ISAR接收的回波,然后通過基于壓縮感知的ISAR成像算法得到目標(biāo)的高分辨圖像。在去除了受干擾回波后,由于飛機目標(biāo)還存在平動運動,本文提出了一種基于梯度投影法和共軛梯度法,利用雙重迭代進行ISAR自聚焦的GP-CG算法。該算法能夠在時間稀疏的情況下,將剩余回波中目標(biāo)的平動運動所引入的相位誤差進行精確的估計,從而生成聚焦的飛機ISAR圖像。通過對仿真數(shù)據(jù)和實測數(shù)據(jù)的處理,證明了本算法的有效性,能夠應(yīng)用在實際的工程中。獲取高質(zhì)量的飛機主體的ISAR圖像是利用浮空器載雷達(dá)對飛機進行ISAR成像的主要目標(biāo)。但實際的飛機目標(biāo)中很多都裝載有外置的螺旋槳,螺旋槳的快速轉(zhuǎn)動破壞了目標(biāo)的剛體屬性,使得ISAR圖像中出現(xiàn)了多個干擾條帶,對飛機主體造成了遮擋,成像質(zhì)量下降,故需要對該微動干擾進行抑制。當(dāng)前主要的微多普勒抑制方法運行時間較長,不符合浮空器載ISAR快速預(yù)警的要求。為了解決該問題,本文以槳葉為單位,研究了在浮空器載ISAR體制下螺旋槳回波信號的特征,得出其在高分辨距離像上的譜線具有閃爍特性。基于該閃爍特性,本文提出了利用波形熵在距離像上檢測螺旋槳所在的距離單元的方法,然后提出了基于壓縮感知的飛機螺旋槳微動干擾的快速抑制算法,通過仿真和實測數(shù)據(jù)的實驗結(jié)果證明該算法能夠在較短的處理時間內(nèi)獲得令人滿意的飛機主體ISAR像。在浮空器載ISAR成像中,由于雷達(dá)探測距離遠(yuǎn),波束覆蓋范圍廣,且飛機目標(biāo)有時會編隊運動,因此常會出現(xiàn)在同一個雷達(dá)波束內(nèi)有多個飛機目標(biāo)的情況。由于這些目標(biāo)相對于雷達(dá)的運動形式不同,不能直接利用單目標(biāo)成像的算法來進行處理。多目標(biāo)的成像可以分為多目標(biāo)直接成像和多目標(biāo)分離成像兩種思路。針對浮空器載ISAR多目標(biāo)直接成像,本文研究了基于Chirplet-WVD的距離—瞬時多普勒多飛機目標(biāo)成像方法,該方法可以在浮空器非穩(wěn)定的情況下獲得聚焦良好的多飛機瞬時ISAR像,還具有雜波抑制的作用。針對多目標(biāo)的分離成像,本文提出了基于K-均值聚類的多目標(biāo)成像方法,該方法可以應(yīng)用在多飛機目標(biāo)在未聚焦的ISAR圖像上有部分交疊的情況。浮空載ISAR對飛機進行成像的最終目的是對飛機目標(biāo)進行分類和識別。飛機的尺寸信息是用于識別的重要特征,但該信息不能從ISAR圖像上直觀獲取,其方位分辨率通常未知,通過橫向定標(biāo)算法估計方位向分辨率是必要的。本文提出了基于自適應(yīng)chirplet變換的ISAR橫向定標(biāo)方法,利用與信號匹配的chirplet原子的調(diào)頻率,結(jié)合最小方差準(zhǔn)則的直線擬合,可以估計出準(zhǔn)確的方位向分辨率。針對飛機轉(zhuǎn)角較大的情況本文還對算法進行了改進。該橫向定標(biāo)方法的優(yōu)點在于對受微動干擾影響的飛機ISAR像也能進行準(zhǔn)確的橫向定標(biāo)。
【圖文】：

ENS 是美國陸軍為了幫助駐扎在國外的美國軍隊?wèi)?yīng)對巡航導(dǎo)彈飛行高度在 1 萬~1.5 萬英尺，上面的雷達(dá)能提供超視距監(jiān)視。該系統(tǒng)能比地面防空雷達(dá)早十分鐘發(fā)現(xiàn)敵目標(biāo)，其意義巨大，重視。一套 JLENS 系統(tǒng)包括兩只系留氣球，一只裝備監(jiān)視雷達(dá)羅普—格魯曼公司研制的 AN/TPS-63 雷達(dá)，其工作在 1~2GHz 0～3000m 高度工作時，能在一次掃描中以 90%的概率探測 26、飛行高度為 150m、雷達(dá)截面為 5m2的空中目標(biāo)[15]，用于進；另一只上裝有精確跟蹤目標(biāo)照射雷達(dá)（PTIR），其根據(jù) SuR 進行火控精度跟蹤[16]，，其雷達(dá)型號為 AN/APG-66SR，是由 AN載火控雷達(dá)衍生而來的，工作頻率為 9.7~9.9GHz，具有 7 種工重復(fù)頻率空中監(jiān)視，非相干頻率捷變低脈沖重復(fù)頻率海上監(jiān)視上監(jiān)視，地面動目標(biāo)指示，8~12.5GHz 頻段信標(biāo)詢問，天氣監(jiān)15,17]。JLENS 系統(tǒng)已經(jīng)與聯(lián)合戰(zhàn)術(shù)體系、聯(lián)合作戰(zhàn)能力、單通[18]圖 1-1 TARS 系留氣球Fig.1-1 Captive balloon of TARS

第 1 章 緒 論登者”（Ascender）飛艇，2003 年初由 JP 宇航公司開始。該飛艇是一種 V 形飛艇，可將氦氣在兩個氣囊間傳送來佳的機動性能。該飛艇計劃攜帶 100 磅載荷飛至 120000 已經(jīng)確定將攜帶 ISR 雷達(dá)、通信中繼和其它任務(wù)載荷[23] 2 種飛艇，分別是“軌道攀登者”飛艇和“黑暗空間站 項目是從 2002 年 10 月開始進行，由美國導(dǎo)彈防御局牽頭研究并生產(chǎn)，計劃建造 10 艘飛艇分布在美國太平洋沿岸圖如圖 1-2 所示。HAA 最終目標(biāo)是能從美國本土起飛自駐空時間能達(dá)到 1 年而無需添加燃料[24]。每艘飛艇未來600km 區(qū)域的雷達(dá)及其它傳感器，目標(biāo)是對洲際導(dǎo)彈和巡
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TN957.52

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本文編號：2516901