高分辨二维和三维ISAR成像方法研究 西安电子科技大学博士论文

  逆合成孔径雷达(ISAR, Inverse Synthetic Aperture Radar)是一种全天时、全天候、远距离的微波探测工具,在国土防御、空间探测等领域发挥着越来越重要的作用。随着现代工业的发展及实际运用的需要,对ISAR成像技术的研究也在不断深入。本论文以二维成像至三维成像为主要发展路线,对高分辨二维和三维ISAR成像方法进行了研究。 第一章介绍了本文的研究意义及背景,简要描述了ISAR成像的发展历史及研究现状。 第二章介绍了高分辨ISAR成像的基本原理,对国内外现有的ISAR成像算法及研究成果进行了概述。 第三章讨论了超宽带ISAR成像方法。从理论上分析了超宽带ISAR成像时的高阶近似问题。在一阶距离徙动校正的基础上,提出了利用DCFT变换估计二次相位,根据目标特显点拟合空变的调频率,然后对不同的距离单元分别进行相位补偿,方位FFT后,从而得到聚焦良好的二维高分辨ISAR像。本章最后对方位观测角度较大、目标散射特性发生变化的回波模型进行了初步讨论,提出了基于散射模型的目标分类方法。理论仿真和实测数据的处理验证了本章算法的有效性和可行性。 第四章讨论了稀疏ISAR成像问题。针对ISAR系统中方位采样不均匀这一实际存在问题,构造了方位稀疏孔径下的ISAR成像模型,建立稀疏表征域及基空间表达式,通过分析稀疏情况下对方位聚焦的影响,提出了方位聚焦求解函数和约束条件,借助已有的优化算法对目标函数进行求解。考虑ISAR系统中回波信号非相参的影响,提出了基于柯西牛顿方法的多参数求解。针对实测ISAR数据,提出了稀疏孔径ISAR成像处理的一般流程,通过仿真和实测数据的处理对本章算法进行了验证。 第五章研究了基于时频分析的高速自旋目标ISAR成像问题。在雷达发射窄带信号条件下,针对空间碎片、导弹等高速自旋目标,介绍了自旋情况下的雷达回波模型,提出了在时频域进行相干的单距离多普勒干涉算法,采用相干曲线积分对目标进行聚焦,相对传统的单距离多普勒干涉算法在图像分辨率方面有较大提高。然后分析了噪声及多普勒模糊对算法性能的影响,最后讨论了自旋速度误差对算法的影响及相应的精确估计方法。理论仿真和实测数据的处理验证了本章算法的可行性。 第六章讨论了基于步进频率的自旋目标三维ISAR成像。首先在窄带子脉冲内部利用单距离匹配滤波算法对高速自旋目标进行二维ISAR成像,然后结合CLEAN算法确定目标散射点的个数及其极坐标下的散射点位置,提取目标散射点,最后在多个子脉冲二维像之间利用频带合成技术提高距离分辨率,从而实现三维ISAR成像。通过理论仿真验证了本章算法的可行性。 第七章研究了基于雷达和差波束的三维ISAR成像方法。在和差波束测角雷达的基础上,增大发射信号带宽。首先利用多通道联合运动补偿方法对目标平动及初始相位误差进行校正,其次采用ISAR成像技术得到多个通道的距离多普勒像,去除背景干扰并提取有效目标散射点,再次利用比幅或者比相技术对单个通道ISAR像进行定标。最后通过多通道融合得到目标的三维像。理论仿真和实测数据的处理验证了算法的有效性。

【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-12
• 第一章 绪论12-26
• §1.1 逆合成孔径雷达发展背景12-18
• §1.2 关键技术及研究意义18-19
• §1.3 论文内容安排19-20
• 本章参考文献20-26
• 第二章 ISAR成像基本方法26-38
• §2.1 引言26
• §2.2 雷达成像基本理论26-28
• §2.3 雷达成像技术概述28-33
• §2.4 本章小节33
• 本章参考文献33-38
• 第三章 超宽带ISAR成像38-56
• §3.1 引言38-39
• §3.2 超宽带ISAR成像模型与基本理论39-42
• §3.3 基于距离徙动校正的超宽带ISAR成像42-44
• §3.4 仿真与实测数据分析44-49
• §3.5 方位大转角成像分析49-52
• §3.6 本章小节52
• 本章参考文献52-56
• 第四章 基于优化理论的稀疏ISAR成像56-74
• §4.1 引言56-57
• §4.2 优化理论在雷达成像的初步运用57-62
• §4.3 基于优化理论的稀疏孔径ISAR成像62-67
• §4.4 仿真及实测数据分析67-71
• §4.5 本章小节71
• 本章参考文献71-74
• 第五章 基于时频分析的高速自旋目标ISAR成像74-88
• §5.1 引言74-75
• §5.2 高速自旋目标信号模型75-77
• §5.3 自旋目标成像算法77-80
• §5.4 自旋目标成像性能分析80-86
• §5.5 本章小节86
• 本章参考文献86-88
• 第六章 基于步进频率的旋转目标三维ISAR成像88-98
• §6.1 引言88-89
• §6.2 窄带步进频率高速自旋目标模型89-90
• §6.3 高速自旋目标的步进频率ISAR三维成像90-92
• §6.4 仿真分析92-95
• §6.5 本章小节95
• 本章参考文献95-98
• 第七章 基于和差波束的三维ISAR成像98-114
• §7.1 引言98-99
• §7.2 和差波束雷达成像基本理论99-101
• §7.3 和差波束三维ISAR成像算法101-108
• §7.4 实测与仿真数据的分析及处理108-111
• §7.5 本章小节111
• 本章参考文献111-114
• 第八章 总结与展望114-118
• §8.1 论文内容总结114-115
• §8.2 工作展望115-118
• 致谢118-120
• 作者在读期间的研究成果120-122

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前1条

1 齐聪慧;赵志钦;徐晶;张海;;复杂场景下基于压缩感知的目标电磁散射与成像[J];强激光与粒子束;2014年07期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

1 张龙;单/双基ISAR高分辨成像算法研究[D];西安电子科技大学;2011年

中国硕士学位论文全文数据库 前1条

1 杜充;舰船尾迹建模与其相关电磁方法研究[D];电子科技大学;2013年

【参文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 保铮,邓文彪,杨军;ISAR成像处理中的一种运动补偿方法[J];电子学报;1992年06期

2 王根原;保铮;;逆合成孔径雷达运动补偿中包络对齐的新方法[J];电子学报;1998年06期

3 保铮，王根原，罗琳;逆合成孔径雷达的距离─瞬时多普勒成像方法[J];电子学报;1998年12期

4 王根原,保铮;一种基于自适应Chirplet分解的逆合成孔径雷达成像方法[J];电子学报;1999年03期

5 邢孟道,保铮,郑义明;用整体最优准则实现ISAR成像的包络对齐[J];电子学报;2001年S1期

6 邢孟道,保铮;基于运动参数估计的SAR成像[J];电子学报;2001年S1期

7 保铮，叶炜;ISAR运动补偿聚焦方法的改进[J];电子学报;1996年09期

8 毛引芳,吴一戎,张永军,陈宗骘;以散射质心为基准的ISAR成象的运动补偿[J];电子科学学刊;1992年05期

9 王琨,罗琳;ISAR成象中包络对齐的幅度相关全局最优法[J];电子科学学刊;1998年03期

10 张群,马长征,张涛,张守宏;干涉式逆合成孔径雷达三维成像技术研究[J];电子与信息学报;2001年09期