SAR-SIAR運動目標檢測及成像新技術研究.pdf

1、作為一種全天時、全天候、遠距離的主動式觀測系統(tǒng),雷達成像技術在國防和民用領域均發(fā)揮著重要的作用,是雷達發(fā)展的一個重要里程碑。合成孔徑雷達(synthetic aperture radar,SAR)對運動目標的檢測和成像廣泛應用與戰(zhàn)場偵查和災害救援等領域中。逆合成孔徑雷達(inverse synthetic aperture radar,ISAR)主要應用于對空中、空間以及艦船等目標的成像。它們大大提高了雷達信息獲取能力,為目標識別創(chuàng)造了

2、前所未有的機會。
　　 本論文主要圍繞著以上兩個方面做了一些研究,現(xiàn)概括如下:
　　 SAR對弱小艦船目標檢測和成像時,目標回波較弱,且其運動參數(shù)往往難以估計,這都對檢測和成像造成了困難。針對這個問題,提出了一種基于沙漏形變換的弱小舭船目標檢測與成像的技術。該沙漏形變換在不需要估計目標運動參數(shù)的條件下,對近似為線性調頻(linear frequency modulated,LFM)信號的肌船方位向信號進行相干積累,并且在

3、分辨率不變的前提下很好的抑制Cohen類時頻分布交叉項的影響,從而大大提高了對這類微弱目標的檢測性能及成像質量。仿真和實測數(shù)據(jù)的處理驗證了該方法的有效性。
　　 二次調頻(quadratic frequency modulated,QFM)信號在自然界廣泛存在,很多雷達系統(tǒng)和導航系統(tǒng)也采用這類信號,但是由于其信號形式復雜,對其檢測和參數(shù)估計存在較大的困難。針對這種情況,首先分析了LFM信號的TCD分布(time—chirpdis

4、tributionl和LFM信號WVD分布(wigner-ville distribution)的相同點,在此基礎上將沙漏形變換推廣到二次調頻信號的檢測和參數(shù)估計中,并分析了其與線性調頻信號沙漏形變換的不同。仿真實驗結果驗證了該方法的有效性。
　　 SAR對多艦船目標同時成像時,不同艦船具有不同的運動姿態(tài),也即是不同的散射點具有不同的多普勒歷程,這導致難以采用統(tǒng)一的相位補償項獲得高質量的圖像?？紤]到海面的回波相對艦船回波很弱可以

5、忽略,可以認為艦船相對于雷達成像范圍是稀疏的特點,提出了基于壓縮感知(compressed sensing,CS)的短孔徑SAR對多艦船目標的成像算法。該方法通過將多艦船目標成像轉換為在某種基下具有稀疏表示的信號重建問題,從而滿足CS理論對信號恢復重構的要求,獲得比傳統(tǒng)成像方法更高的方位分辨率。實測數(shù)據(jù)的處理驗證了該算法的有效性。
　　 步進頻率ISAR對高速目標成像的時候,為了獲得高質量的高分辨距離像(highresoluti

6、on range profile,HRRP),提出一種數(shù)字解線調頻技術和一種相位相干化技術。利用該數(shù)字解線調頻技術,我們可以大大降低A/D采樣速率,并且回波的相干性也可以較為容易的恢復。在傳統(tǒng)的運動參數(shù)估計存在誤差的條件下,殘留的運動誤差會引起相鄰子脈沖之間的相位跳變,這會在一定程度上導致HRRP模糊。利用相位相干化技術可以很容易的補償殘留多普勒,進一步消除相位差的影響。從而可以通過時域子脈沖合成技術獲得高質量的HRRP。最后,結合傳統(tǒng)

7、ISAR成像方法即可獲得高質量的目標ISAR像。仿真試驗和對比驗證了所提數(shù)字解線凋頻技術和相位相干化技術的有效性。
　　 采用InISAR技術獲取目標三維視圖時,首先要獲得其高質量ISAR圖像。機動目標的相位歷程往往是非線性的,這種情況下,傳統(tǒng)傅里葉成像獲得的圖像質量下降嚴重,而時頻分析類方法或分辨率下降,或不能保相,或交叉項影響嚴重,都不能作為理想的成像方法。針對這個問題,提出一種利用目標稀疏特性的超分辨ISAR成像方法。該方

8、法在較短的時間即可獲得高分辨的目標ISAR像(孤立散射點),并且能夠保持散射點的初相。在此基礎上,結合傳統(tǒng)InISAR技術即可獲得高質量的目標三維視圖。該方法的有效性分別通過仿真和實際實驗得到驗證。此外,針對國內首批實測數(shù)據(jù)中存在的問題,提出了未來三維InISAR技術發(fā)展中信號處理需要注意的問題。由于頻率和空間稀疏有可能成為未來雷達信號處理發(fā)展的重點方向,在以上研究的基礎上,進一步研究了稀疏頻率-短孔徑的超分辨ISAR及三維InISAR

9、成像方法。仿真數(shù)據(jù)的處理獲得了較好的效果。
　　 根據(jù)ISAR成像的特點,設計了一種ISAR成像實時處理系統(tǒng)。該系統(tǒng)分別從硬件模塊、數(shù)據(jù)通信和算法實現(xiàn)三個層面上進行設計研究。硬件設計上采用分布式并行設計的思想,符合ISAR成像的處理流程；數(shù)據(jù)通信上采用串并轉換及交換機加鏈路口傳輸?shù)乃枷?使得任意節(jié)點間的數(shù)據(jù)傳輸高效靈活；最后根據(jù)外場實驗的參數(shù)和目標特征選擇了適當?shù)膶崟r算法,并對算法的運算量進行了分析,在此基礎上進行了實時處理在信