基于時頻分析的艦船目標ISAR成像研究.pdf

1、由于雷達成像相對于光學成像和紅外成像具有全天候,全天時的優(yōu)點,岸基 ISAR對海面艦船目標成像具有重要的國防意義。在較高海情下,艦船目標通常存在三維轉(zhuǎn)動,其運動是航行運動與三維轉(zhuǎn)動的合運動。對于ISAR成像來說,三維轉(zhuǎn)動的存在使得艦船目標的成像投影平面不斷變化,回波相位的形式更加復雜。艦船目標的回波信號經(jīng)距離壓縮和運動補償之后近似為高階多項式相位信號,其多普勒頻率具有時變性,此時傳統(tǒng)的距離—多普勒(RD)成像算法無法獲得清晰的ISAR像

2、,需采用基于時頻分析的距離—瞬時多普勒(RID)算法進行成像。影響距離—瞬時多普勒算法成像效果的關(guān)鍵在于該方法所采用的時頻分布的性能。本文提出了一些新的時頻分布算法,并應(yīng)用到 ISAR艦船成像中。此外本文還研究了艦船目標數(shù)據(jù)段選取的方法。
　　本文的主要工作概述如下:
　　首先,建立了艦船目標的運動模型。將艦船上某散射點的運動視為該散射點繞艦船質(zhì)心的三維轉(zhuǎn)動與艦船質(zhì)心相對于雷達的平動的合成,通過該模型得到艦船目標的仿真回波數(shù)

3、據(jù)。對仿真回波數(shù)據(jù),分別運用了RD算法和RID算法進行成像。成像結(jié)果表明,RID算法成像效果更好,且可獲得目標不同時刻的姿態(tài)。
　　之后,針對基于圖像對比度的艦船目標數(shù)據(jù)段選取中存在的問題,提出一種基于轉(zhuǎn)動矢量估計和圖像對比度相結(jié)合的選段方法。首先采用基于轉(zhuǎn)動矢量估計的選段方法確定目標的俯視圖和側(cè)視圖的成像起始時刻,然后采用基于圖像對比度的選段方法確定最優(yōu)成像積累時間。針對成像起始時刻的選取,提出一種采用平滑樣條曲線擬合的方法來提

4、高估計精度,針對成像積累時間的選取也提出了一種提高估計精度的方法。兩種方法相結(jié)合進行數(shù)據(jù)選段,既可以獲得艦船的俯、側(cè)視圖又避免了單純運用圖像對比度方法選段時需要二維搜索的不足。仿真和實測數(shù)據(jù)成像結(jié)果證明了該選段方法的有效性。
　　然后,針對海情較低情況下的ISAR艦船成像問題,提出基于各種二階時頻分布的RID成像方法對艦船目標進行成像。首先介紹RID算法的原理,之后著重研究了各種二階時頻分布及其在ISAR艦船成像中的應(yīng)用。這些分布

5、包括魏格納分布(WVD)、科恩(Cohen)類分布、重排Cohen類分布、S-Method及 L類魏格納分布(LWVD)。仿真和實測數(shù)據(jù)的成像結(jié)果表明,在低海情下重排Cohen類分布的成像效果最好。
　　最后,針對海情較高情況下的ISAR艦船成像問題,提出基于新型復時間延遲時頻分布(CTD)的ISAR成像方法。首先,研究了兩類提高CTD時頻聚集性的方法和兩類抑制CTD交叉項的方法,然后提出一種修正型4階CTD方法。為提高 CTD的

6、時頻聚集性,提出一種廣義的CTD,在標準復時間延遲型分布的時間延遲項中引入一個角度參數(shù)。通過合理的選取該角度參數(shù)和取角變換可抑制 CTD的自交叉項,提高其時頻聚集性。此外本文還研究了基于 L類分布提高CTD的時頻聚集性的方法。針對CTD對多分量信號會產(chǎn)生互交叉項的問題,本文采用基于頻域卷積和基于模糊函數(shù)兩種方法來對CTD的互交叉項進行抑制。針對CTD在離散化實現(xiàn)中需要通過插值來修正頻率尺度的問題,本文提出一種修正型CTD及其L形式,通過