ISAR運動補償和成像新方法的研究.pdf

1、逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse Synthetic Aperture Radar，簡稱ISAR)是一種針對非合作運動目標(biāo)進(jìn)行成像的高分辨雷達(dá)，具有全天時、全天候和遠(yuǎn)距離的目標(biāo)信息感知能力。雷達(dá)成像技術(shù)與可見光、紅外等其他成像技術(shù)相互補充可以顯著提高對目標(biāo)的識別能力，在戰(zhàn)略防御、深空探測和海上搜救等領(lǐng)域能夠發(fā)揮極為重要的作用。
　　隨著ISAR應(yīng)用領(lǐng)域的不斷拓展和對成像質(zhì)量要求的不斷提高，運動補償和成像算法等ISAR成像關(guān)鍵技術(shù)仍需

2、要改進(jìn)和發(fā)展以更好地適應(yīng)新的需求。因此對ISAR成像關(guān)鍵技術(shù)作進(jìn)一步探討和研究非常必要。本文主要研究了ISAR運動補償和成像算法，具體工作概括如下：
　　第一章緒論回顧了SAR和ISAR的發(fā)展背景，介紹了ISAR成像基本原理，簡單分析了ISAR運動補償與成像算法，最后概括了本文主要工作。
　　第二章研究了小轉(zhuǎn)角情況下ISAR二維壓縮感知成像技術(shù)。成像技術(shù)可以分為兩部分即成像算法和運動補償。由于ISAR場景具有稀疏的特性，壓縮

3、感知技術(shù)利用了稀疏場景回波的冗余性，用少量且隨機的回波樣本即可高概率地重構(gòu)ISAR圖像。本章基于壓縮感知理論提出了一種二維壓縮感知成像算法。通過實驗我們發(fā)現(xiàn)采用傳統(tǒng)的運動補償方法處理隨機PRI回波數(shù)據(jù)并不理想，針對該問題本章提出了一種基于全局最小熵距離對準(zhǔn)和基于特征分解相位補償?shù)倪\動補償方法。為了進(jìn)一步提高運動補償精度，本章還提出了一種基于設(shè)計Gram矩陣的運動補償方法，該方法將距離對準(zhǔn)和相位補償問題都?xì)w結(jié)為多參數(shù)估計問題，可實現(xiàn)ISA

4、R壓縮感知成像中的精確運動補償。
　　第三章研究了艦船目標(biāo)ISAR成像技術(shù)。在高海情下艦船受海浪涌動造成橫搖、縱搖和偏航的三維運動是等效轉(zhuǎn)動的主要來源，等效轉(zhuǎn)動矢量的變化導(dǎo)致了艦船目標(biāo)多普勒頻率的時變特性。時頻分布級數(shù)是一種在時域和頻域都具有高分辨率的時頻分析方法，可以克服多普勒頻率時變性對成像的影響，同時有效減小了交叉項干擾，但是該算法復(fù)雜度較高。針對上述問題，本章介紹了一種時頻分布級數(shù)改進(jìn)算法，通過分析時頻原子的特點，在保證分

5、辨率的前提下，降低了計算量并提高了原算法效率。與時頻分析方法相比，距離多普勒成像算法具有實時性強的優(yōu)點，但為了降低多普勒頻率時變性對成像的不良影響，提高目標(biāo)方位向分辨率和圖像質(zhì)量，需要選擇最優(yōu)成像時間。本章分析了高海情下艦船目標(biāo)的運動特點，以及多普勒均方根帶寬的概念，提出了一種ISAR艦船目標(biāo)的最優(yōu)成像時間選擇算法。采用該算法篩選出的數(shù)據(jù)段成像能夠獲得較高的圖像質(zhì)量，算法整個過程無需人工干預(yù)且計算量適中，適合實時應(yīng)用。
　　第四章

6、研究了調(diào)頻連續(xù)波體制下ISAR成像技術(shù)。調(diào)頻連續(xù)波體制雷達(dá)具有相對長的脈沖重復(fù)周期，“停、走、?！奔僭O(shè)在該體制下并不成立。本章針對調(diào)頻連續(xù)波ISAR成像主要討論了兩個問題：回波信號的相位補償問題和成像系統(tǒng)的點擴散函數(shù)問題。我們基于距離-多普勒成像算法并通過分析相位關(guān)系推導(dǎo)出了與運動參數(shù)相關(guān)的相位誤差，介紹了一種基于圖像對比度的自聚焦算法。為了得到調(diào)頻連續(xù)波ISAR的點擴散函數(shù)，我們導(dǎo)出了回波信號的波數(shù)域形式，由此得到了信號的波數(shù)域支撐區(qū)