浮空器載逆合成孔徑雷達(dá)飛機(jī)目標(biāo)成像技術(shù)研究.pdf

1、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(duì)飛機(jī)、衛(wèi)星、導(dǎo)彈、和艦船等運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行成像，具有全天候、全天時(shí)、遠(yuǎn)距離的特點(diǎn)，在戰(zhàn)略防御、戰(zhàn)場(chǎng)偵察、火力評(píng)估等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價(jià)值，是雷達(dá)預(yù)警的關(guān)鍵組成部分。目前，包括我國(guó)在內(nèi)的很多國(guó)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(tái)進(jìn)行雷達(dá)預(yù)警由于具有執(zhí)行任務(wù)時(shí)間長(zhǎng)、效費(fèi)比高、隱身與反隱身性能好等優(yōu)點(diǎn)，成為了當(dāng)前空基預(yù)警中的一個(gè)前沿問(wèn)題。本文深入研究了浮空器載ISA

2、R對(duì)飛機(jī)目標(biāo)的成像，包括浮空器的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)對(duì)ISAR成像的影響、浮空器載ISAR對(duì)飛機(jī)的高分辨成像與運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、對(duì)螺旋槳飛機(jī)成像時(shí)的微動(dòng)干擾抑制、對(duì)在同一波束內(nèi)的多個(gè)飛機(jī)目標(biāo)的成像及對(duì)浮空器載ISAR飛機(jī)圖像的橫向定標(biāo)。本文的主要研究?jī)?nèi)容為：
　　本文首先介紹了穩(wěn)定平臺(tái)下ISAR飛機(jī)目標(biāo)成像的基本理論和方法。在該部分本文對(duì)所探測(cè)的飛機(jī)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)方式及其回波信號(hào)進(jìn)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

3、ISAR運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法，包括包絡(luò)互相關(guān)法和模-1法距離對(duì)準(zhǔn)和相位梯度自聚焦等。由于實(shí)際的浮空器并不穩(wěn)定，接下來(lái)本文建立了浮空器的三維運(yùn)動(dòng)模型，根據(jù)其動(dòng)力學(xué)方程和運(yùn)動(dòng)學(xué)方程，對(duì)浮空器在受氣流擾動(dòng)后的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行了分析，隨后通過(guò)仿真詳細(xì)研究了浮空器平臺(tái)的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)對(duì)飛機(jī)目標(biāo)的ISAR成像所造成的影響。
　　由于浮空器的不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)會(huì)引入復(fù)雜的多普勒頻率，傳統(tǒng)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和成像算法所得到的效果并不理想。針對(duì)該問(wèn)題本文提出了浮空器載ISAR對(duì)飛

4、機(jī)的高分辨成像方法，其基本思想是通過(guò)對(duì)回波數(shù)據(jù)的時(shí)間稀疏化處理去除浮空器受到氣流擾動(dòng)期間ISAR接收的回波，然后通過(guò)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(jī)目標(biāo)還存在平動(dòng)運(yùn)動(dòng)，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(jìn)行ISAR自聚焦的GP-CG算法。該算法能夠在時(shí)間稀疏的情況下，將剩余回波中目標(biāo)的平動(dòng)運(yùn)動(dòng)所引入的相位誤差進(jìn)行精確的估計(jì)，從而生成聚焦的飛機(jī)ISAR圖像。通過(guò)對(duì)仿真數(shù)

5、據(jù)和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的處理，證明了本算法的有效性，能夠應(yīng)用在實(shí)際的工程中。
　　獲取高質(zhì)量的飛機(jī)主體的ISAR圖像是利用浮空器載雷達(dá)對(duì)飛機(jī)進(jìn)行ISAR成像的主要目標(biāo)。但實(shí)際的飛機(jī)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(dòng)破壞了目標(biāo)的剛體屬性，使得ISAR圖像中出現(xiàn)了多個(gè)干擾條帶，對(duì)飛機(jī)主體造成了遮擋，成像質(zhì)量下降,故需要對(duì)該微動(dòng)干擾進(jìn)行抑制。當(dāng)前主要的微多普勒抑制方法運(yùn)行時(shí)間較長(zhǎng)，不符合浮空器載ISAR快速預(yù)警的要求。為了解決該問(wèn)題

6、，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(hào)的特征，得出其在高分辨距離像上的譜線具有閃爍特性?；谠撻W爍特性，本文提出了利用波形熵在距離像上檢測(cè)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(jī)螺旋槳微動(dòng)干擾的快速抑制算法，通過(guò)仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該算法能夠在較短的處理時(shí)間內(nèi)獲得令人滿(mǎn)意的飛機(jī)主體ISAR像。
　　在浮空器載ISAR成像中，由于雷達(dá)探測(cè)距離遠(yuǎn)，波束覆蓋范圍廣，且飛機(jī)目標(biāo)有時(shí)會(huì)編隊(duì)運(yùn)

7、動(dòng)，因此常會(huì)出現(xiàn)在同一個(gè)雷達(dá)波束內(nèi)有多個(gè)飛機(jī)目標(biāo)的情況。由于這些目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)形式不同，不能直接利用單目標(biāo)成像的算法來(lái)進(jìn)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(duì)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(shí)多普勒多飛機(jī)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(jī)瞬時(shí)ISAR像，還具有雜波抑制的作用。針對(duì)多目標(biāo)的分離成像，本文提出了基于K-均值

8、聚類(lèi)的多目標(biāo)成像方法，該方法可以應(yīng)用在多飛機(jī)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(duì)飛機(jī)進(jìn)行成像的最終目的是對(duì)飛機(jī)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)和識(shí)別。飛機(jī)的尺寸信息是用于識(shí)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(guò)橫向定標(biāo)算法估計(jì)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(hào)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