空天目標逆合孔徑雷達成像新方法研究.pdf

1、空天目標(aerospace target)即航空和航天目標,它包含大氣層中飛行的飛機、飛艇等航空目標和在稠密大氣層外,距離地球表面100公里以上宇宙空間中的人造飛行器和空間碎片等航天目標。通過對空天目標的逆合成孔徑雷達(ISAR)成像,能夠獲得其運動態(tài)勢和各種結構特征,為目標分類、識別和編目提供有力的技術支撐。因此,空天目標ISAR成像技術在國家安全和發(fā)展方面發(fā)揮著重要作用?，F(xiàn)在ISAR成像技術己發(fā)展到較高水平,但由于空天目標的特殊性

2、,尚有不少問題有待解決,本論文主要針對這些問題進行研究,主要問題有:具有旋轉部件目標和自旋目標的ISAR成像、稀疏頻帶和稀疏孔徑ISAR成像、群目標ISAR成像等。這些問題已分別列入國家自然科學基金“多維度微波成像信息處理研究”、“微多普勒分析與目標微動成像技術”和“863”課題“空間目標雷達寬帶特性測量與成像研究”等項目的研究中。
　　 論文的內容可概括為如下六個部分:
　　 為便于說明研究工作的已有基礎,第一部分扼要

3、介紹了ISAR成像的基本原理,并對現(xiàn)有的基本ISAR成像方法進行了總結和歸納。
　　 第二部分研究了具有旋轉部件目標的ISAR回波分離和二維成像算法。建立了具有旋轉部件目標的ISAR成像模型,并根據目標回波的特征提出一種有效的成像流程以獲得剛體部分和旋轉部件的全面信息。在旋轉部件與剛體回波分離方面,提出了基于復數經驗模態(tài)分解(CEMD)和低調頻率匹配濾波的分離方法。在旋轉部件二維成像方面,提出了基于實數逆-Radon變換(RIR

4、T)和復數逆-Radon變換(CIRT)的成像方法,并對算法的性能進行了分析。針對所提算法在實際應用中可能遇到的問題,提出了相應的解決方法。通過對仿真數據和實測數據的處理驗證了相關算法的有效性。
　　 第三部分研究了自旋目標的窄帶雷達ISAR成像方法。根據自旋目標的窄帶雷達回波特征,提出了基于窄帶復數后向投影的自旋目標窄帶雷達成像算法,并推導了算法的分辨率。針對高速旋轉目標回波通常存在方位欠采樣的情況,根據壓縮感知(CS)理論和

5、目標回波的稀疏性特點,提出基于正交匹配追蹤(OMP)的自旋目標窄帶雷達成像算法,從而提高了窄帶雷達對目標的成像和識別能力。最后,將該算法向自旋目標寬帶雷達ISAR成像進行了推廣。
　　 第四部分研究了空間自旋目標寬帶三維ISAR成像方法。根據自旋散射點回波在距離.慢時間域具有正弦包絡和相位這一特征,提出基于寬帶復數后向投影的自旋目標三維高分辨ISAR成像算法。由于采用了全回波相干積累,該方法具有較高的分辨率和抗加性噪聲性能。根據

6、光滑進動錐體的電磁特征,建立了其ISAR成像的同波模型,并研究了光滑進動錐體的動態(tài)電磁仿真方法。根據其距離-慢時間域回波的正弦特征,應用寬帶復數后向投影算法得到了進動錐體電磁仿真回波的三維ISAR圖像。為解決單站雷達不能對自旋目標三維ISAR圖像橫向定標的問題,提出一種基于雙基ISAR構型的自旋目標三維成像和圖像定標方法。
　　 第五部分研究了稀疏頻帶和稀疏孔徑成像。針對空間高速運動目標的稀疏頻帶ISAR成像問題,在建立其成像幾

7、何模型和信號模型的基礎上,分析了目標高速運動對不同頻帶一維距離像和方位像的影響,并提出了有效的補償算法。在此基礎上,提出一種基于空缺數據填補和散射點特征參數估計的稀疏頻帶成像方法。針對稀疏孔徑成像問題,根據塊狀、隨機兩種缺損形式對應的回波特點,提出一種方位稀疏孔徑成像算法。對于塊狀缺損的方位回波,提出一種有效的包絡對齊方法。根據稀疏信號重構理論,以過冗余字典的互相關為依據進行算法選擇。在互相關較小時,采用基追蹤(BP)算法得到方位像；對

8、于互相關較大時的塊狀缺損數據,則采用缺損數據幅度-相位估計(GAPES)算法進行成像。仿真和實測數據的成像結果驗證了相應算法的有效性。
　　 第六部分研究了群目標的ISAR成像。針對機動群目標成像,提出一種參數化的勻加速直線運動群目標ISAR成像方法。由于該方法采用參數化方法進行精確的平動補償,因此所得群目標圖像聚焦良好。此外,由于不需要對子目標的一次相位項進行分別補償,因此降低了參數搜索的運算復雜度。針對旋轉群目標成像,建立了