單站ISAR對外空目標(biāo)3-D成像技術(shù)研究.pdf

1、雷達(dá)三維成像在對外空目標(biāo)如衛(wèi)星、空間碎片和空間站進(jìn)行跟蹤、識別以及對天體的觀測等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。目前對運(yùn)動目標(biāo)進(jìn)行三維成像的常規(guī)方法是利用多天線的干涉逆合成孔徑方法(InISAR),位于目標(biāo)上同一水平和距離但不同高度上的散射中心不能得到區(qū)分,另外該算法在實現(xiàn)方面具有一定的復(fù)雜性和難度。針對InISAR存在的上述的一些缺點,本文根據(jù)外空目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)可以精確已知的特點,對三種利用單站雷達(dá)對外空目標(biāo)進(jìn)行三維成像的方法進(jìn)行了研究,它們分

2、別為距離-多普勒方法、基于ISAR一維距離像的三維成像方法和基于ISAR二維回波數(shù)據(jù)的三維成像方法。對于第一種方法,本文首先研究了逆合成孔徑的轉(zhuǎn)臺成像原理以及ISAR回波信號的三維表達(dá)形式,提出利用距離-多普勒算法對外空目標(biāo)進(jìn)行三維成像的方法。并利用該方法對建立的目標(biāo)模型進(jìn)行三維成像,從而驗證了R-D算法對三維旋轉(zhuǎn)目標(biāo)進(jìn)行三維成像的可行性,但該方法的成像效果受到旋轉(zhuǎn)角度大小限制以及需要目標(biāo)在成像時間內(nèi)相對雷達(dá)具有三維旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。對于第二種

3、方法,本文根據(jù)目標(biāo)散射中心在雷達(dá)視線上的幾何投影,分析了利用不同時刻下ISAR一維距離像對雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行三維成像的基本原理以及該方法涉及的距離參數(shù)的估計和散射中心匹配與提取等技術(shù)難點,提出了利用幾何繞射理論模型(GTD)模型描述目標(biāo)寬帶RCS回波數(shù)據(jù)、利用空間譜估計算法估計距離參數(shù)以及基于統(tǒng)計直方圖和C-均值法的散射中心匹配和提取方法的三維成像方法。最后利用GTD散射模型生成的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像實驗,驗證該方法不受目標(biāo)運(yùn)動方式的限制且具有實

4、現(xiàn)簡單、成像效果好以及穩(wěn)定等優(yōu)點。對于第三種方法,本文研究了ISAR距離-多普勒二維數(shù)據(jù)以及二維全極模型的特點,分析了利用估計得到的不同時刻下ISAR二維回波數(shù)據(jù)的距離和距離率對雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行三維成像的基本原理和對參數(shù)進(jìn)行估計的方法,提出將ISAR回波數(shù)據(jù)近似為二維全極模型進(jìn)行處理、利用子空間算法ACMP進(jìn)行估計參數(shù)的三維成像方法。最后本文利用建立的ISAR二維回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像實驗,驗證該算法同樣具有不受目標(biāo)運(yùn)動形式的限制、實現(xiàn)簡單成像效