本文關(guān)鍵詞：高分辨雷達(dá)非模糊成像與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償研究

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【摘要】：合成孔徑雷達(dá)(SAR)和逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)成像技術(shù)具有全天時(shí)、全天候、遠(yuǎn)距離探測(cè)以及高分辨成像等特點(diǎn),極大提高了現(xiàn)代雷達(dá)獲取信息的能力,在軍事和民事領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用。分辨率是SAR/ISAR成像技術(shù)中的重要指標(biāo)之一,提高分辨率不僅對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)提出越來越高的要求,而且需要更為精確穩(wěn)健的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)。在運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法中,補(bǔ)償精度和運(yùn)算效率是一對(duì)矛盾體,高精度的相位誤差估計(jì)算法一般運(yùn)算復(fù)雜度較高,很大程度上限制了其在實(shí)際中的應(yīng)用。當(dāng)雷達(dá)工作在大斜視和寬波束模式時(shí),相位誤差中含有明顯的方位空變特性,方位空變的相位誤差給獲得高分辨的目標(biāo)圖像帶來極大的挑戰(zhàn)�，F(xiàn)代多功能ISAR具有廣域搜索、多目標(biāo)跟蹤和成像的能力。當(dāng)對(duì)單目標(biāo)進(jìn)行成像時(shí),由于采用分時(shí)系統(tǒng)在搜索模式和成像模式之間切換,使得對(duì)目標(biāo)的寬帶觀測(cè)有限,方位孔徑呈現(xiàn)稀疏性。若目標(biāo)非合作時(shí),同時(shí)伴有嚴(yán)重的距離走動(dòng)現(xiàn)象。當(dāng)對(duì)群目標(biāo)進(jìn)行成像時(shí),為了避免距離模糊而引入多普勒模糊,同時(shí)多普勒模糊下的距離走動(dòng)校正也是成像處理中急需解決的問題。本論文圍繞上述問題展開研究,研究?jī)?nèi)容涵蓋了新的相位誤差補(bǔ)償技術(shù),包括方位非空變相位誤差補(bǔ)償技術(shù)、方位空變相位誤差補(bǔ)償技術(shù),以及稀疏孔徑高分辨成像及距離走動(dòng)校正技術(shù)、群目標(biāo)的非模糊高分辨成像及距離走動(dòng)校正技術(shù)四個(gè)部分：第一部分研究了方位非空變的相位誤差補(bǔ)償方法。傳統(tǒng)的特征向量分解法利用最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量對(duì)相位誤差進(jìn)行最大似然估計(jì),能夠獲得理想的相位誤差估計(jì)效果。盡管它估計(jì)精度高且魯棒性好,但是由于需要對(duì)樣本的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解,運(yùn)算復(fù)雜度較高,很難在實(shí)際中滿足實(shí)時(shí)性。第二章提出了一種基于加權(quán)最大范數(shù)的相位誤差估計(jì)和校正方法。通過求解基于2范數(shù)最大化的代價(jià)函數(shù),可以獲得相位誤差的最優(yōu)估計(jì),避免了對(duì)樣本的協(xié)方差矩陣進(jìn)行特征值分解,極大地降低了算法的運(yùn)算復(fù)雜度。通過對(duì)不同的距離單元增加不同的權(quán)值,增強(qiáng)了信號(hào)的信噪比,提高了相位誤差的估計(jì)精度。第二部分研究了方位空變的相位誤差補(bǔ)償方法。方位空變的相位誤差通常是由平臺(tái)的速度和加速度引入的,傳統(tǒng)的相位誤差補(bǔ)償算法建立的信號(hào)模型中忽略了相位誤差的空變特性。當(dāng)空變的相位誤差存在時(shí),即使采用子圖分割的技巧也很難獲得理想的聚焦結(jié)果。第三章針對(duì)SAR圖像中出現(xiàn)的方位空變相位誤差,提出了一種方位空變相位誤差補(bǔ)償算法。利用更具普適性的相位誤差參數(shù)模型,建立了基于對(duì)比度最大化的方位相位誤差估計(jì)代價(jià)函數(shù),并利用梯度法對(duì)代價(jià)函數(shù)進(jìn)行最優(yōu)化求解。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明僅需要很少的循環(huán)迭代步驟,就可以聚焦含有方位空變相位誤差的SAR圖像。第三部分研究了機(jī)動(dòng)目標(biāo)的稀疏孔徑高分辨成像及距離走動(dòng)校正方法。在對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行ISAR成像時(shí),回波信號(hào)中常常出現(xiàn)距離走動(dòng)和時(shí)變的多普勒。傳統(tǒng)成像方法通常建立在小轉(zhuǎn)角和短相干時(shí)間的假設(shè)前提下,距離走動(dòng)和時(shí)變的多普勒的出現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)的成像和補(bǔ)償方法是一種挑戰(zhàn)。而且,對(duì)于多功能ISAR雷達(dá),由于需要完成其他的雷達(dá)功能,無法滿足對(duì)全孔徑數(shù)據(jù)的測(cè)量,從而引入了稀疏孔徑數(shù)據(jù)。第四章提出了一種機(jī)動(dòng)目標(biāo)的稀疏孔徑成像方法,該方法同時(shí)考慮了距離走動(dòng)和時(shí)變的多普勒的影響。通過利用包含一階距離方位耦合項(xiàng)的Chirp-Fourier基向量,采用改進(jìn)的正交匹配追蹤方法來解決稀疏重構(gòu)中的最優(yōu)化問題,同時(shí)將距離走動(dòng)校正很好地嵌入到機(jī)動(dòng)目標(biāo)稀疏孔徑成像中的全孔徑重構(gòu)過程當(dāng)中。第四部分研究了利用稀疏分解方法對(duì)群目標(biāo)進(jìn)行非模糊高分辨成像。在對(duì)群目標(biāo)進(jìn)行ISAR成像時(shí),低脈沖重復(fù)頻率必然引入多普勒模糊問題。第五章介紹了利用稀疏分解的方法對(duì)群目標(biāo)成像中的多普勒模糊問題進(jìn)行解模糊處理。通過對(duì)稀疏優(yōu)化問題的求解,能夠精確提取出群目標(biāo)中散射點(diǎn)對(duì)應(yīng)的Chirp信號(hào),同時(shí)在稀疏分解的過程中,估計(jì)出每個(gè)Chirp信號(hào)對(duì)應(yīng)的多普勒模糊數(shù)。最終,通過精確補(bǔ)償多普勒模糊下的距離走動(dòng)量,重構(gòu)出群目標(biāo)的非模糊高分辨圖像。
【關(guān)鍵詞】：合成孔徑雷達(dá) 逆合成孔徑雷達(dá) 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償 稀疏孔徑 多普勒解模糊
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TN957.52
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 符號(hào)對(duì)照表13-15
• 縮略語(yǔ)對(duì)照表15-20
• 第一章 緒論20-38
• 1.1 雷達(dá)成像技術(shù)發(fā)展概述20-31
• 1.1.1 SAR系統(tǒng)概述21-27
• 1.1.2 ISAR系統(tǒng)概述27-31
• 1.2 關(guān)鍵問題和難點(diǎn)31-34
• 1.3 本文內(nèi)容安排34-38
• 第二章 基于加權(quán)最大范數(shù)的相位誤差補(bǔ)償方法38-54
• 2.1 引言38-40
• 2.2 信號(hào)模型40-41
• 2.3 相位誤差的估計(jì)與補(bǔ)償41-44
• 2.3.1 多普勒相位的補(bǔ)償41-42
• 2.3.2 隨機(jī)初相的補(bǔ)償42-44
• 2.3.3 相位誤差的補(bǔ)償44
• 2.4 算法流程44-46
• 2.5 實(shí)際數(shù)據(jù)處理與分析46-51
• 2.5.1 ISAR實(shí)驗(yàn)及性能分析46-48
• 2.5.2 SAR實(shí)驗(yàn)及性能分析48-51
• 2.6 本章小結(jié)51-54
• 第三章 方位空變的相位誤差補(bǔ)償方法54-66
• 3.1 引言54-55
• 3.2 信號(hào)模型55-57
• 3.2.1 相位誤差模型55-56
• 3.2.2 信號(hào)脈沖響應(yīng)函數(shù)56-57
• 3.3 空變相位誤差的參數(shù)估計(jì)57-60
• 3.3.1 代價(jià)函數(shù)的建立57-58
• 3.3.2 代價(jià)函數(shù)的優(yōu)化求解58-60
• 3.4 算法流程60-61
• 3.5 實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)61-65
• 3.6 本章小結(jié)65-66
• 第四章 機(jī)動(dòng)目標(biāo)稀疏孔徑成像及距離走動(dòng)校正方法66-84
• 4.1 引言66-67
• 4.2 信號(hào)模型67-70
• 4.2.1 全孔徑機(jī)動(dòng)目標(biāo)ISAR信號(hào)模型67-69
• 4.2.2 稀疏孔徑機(jī)動(dòng)目標(biāo)ISAR信號(hào)模型69-70
• 4.3 稀疏重構(gòu)及距離走動(dòng)校正70-74
• 4.3.1 稀疏孔徑機(jī)動(dòng)目標(biāo)的平動(dòng)補(bǔ)償70
• 4.3.2 全孔徑信號(hào)重構(gòu)及距離走動(dòng)校正70-74
• 4.4 算法流程74-75
• 4.5 仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析75-82
• 4.5.1 Mig-25仿真數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)76-80
• 4.5.2 Yake-42實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)80-82
• 4.6 本章小結(jié)82-84
• 第五章 群目標(biāo)的非模糊高分辨成像及距離走動(dòng)校正方法84-100
• 5.1 引言84-85
• 5.2 信號(hào)模型85-87
• 5.2.1 群目標(biāo)ISAR信號(hào)模型85-86
• 5.2.2 多普勒模糊下的群目標(biāo)信號(hào)模型86-87
• 5.3 回波信號(hào)的稀疏分解87-90
• 5.3.1 多普勒模糊下的字典矩陣87-89
• 5.3.2 多普勒參數(shù)的估計(jì)89-90
• 5.4 多普勒解模糊和距離走動(dòng)校正90-92
• 5.5 算法流程92-93
• 5.6 仿真數(shù)據(jù)處理及結(jié)果分析93-98
• 5.6.1 剛性群目標(biāo)94-96
• 5.6.2 非剛性群目標(biāo)96-98
• 5.7 本章小結(jié)98-100
• 第六章 結(jié)論和展望100-104
• 6.1 本文工作內(nèi)容總結(jié)100-101
• 6.2 研究展望101-104
• 參考文獻(xiàn)104-118
• 致謝118-120
• 作者簡(jiǎn)介120-121

【共引文獻(xiàn)】

中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前1條

1 邢濤;胡慶榮;李軍;王冠勇;;毫米波高分辨SAR成像算法性能分析[J];現(xiàn)代防御技術(shù);2015年01期

中國(guó)碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫(kù) 前3條

1 張倩;無人機(jī)載SAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和高分辨率成像算法研究[D];電子科技大學(xué);2013年

2 劉斌;機(jī)載SAR BP算法成像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償及GPU并行化實(shí)現(xiàn)研究[D];電子科技大學(xué);2013年

3 周瑞雨;基于VxWorks操作系統(tǒng)的SAR實(shí)時(shí)成像及艦船目標(biāo)檢測(cè)算法實(shí)現(xiàn)[D];西安電子科技大學(xué);2014年

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本文編號(hào)：709267