近程运动目标三维ISAR成像方法研究

发布时间：2017-05-16 17:21

  本文关键词：近程运动目标三维ISAR成像方法研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：逆合成孔径雷达（Inverse SyntheticAperture Radar, ISAR）是指雷达不动，目标围绕着雷达运动，其成像技术自问世以来就引起了人们广泛的关注。通过发射一个宽频带的信号，ISAR可以获得较高的距离分辨率，通过雷达与目标之间的相对转动形成大的合成孔径而获得横向分辨率。对于合作的或非机动的目标，利用ISAR技术可以较容易地获得高质量的二维图像[1]。但是对于非合作的或者是机动的目标来说，传统的ISAR成像方法具有一定的局限性，由于非合作目标的旋转角度无法获得，因此ISAR在方位向的位置也就无法得到；对于机动目标来说，由于目标相对于雷达的旋转轴和旋转速度都是时变的，，从而造成多普勒值是时变的，此时的距离-多普勒平面同传统意义上的距离-多普勒平面不一致，给目标识别造成困难。同时，传统的二维ISAR成像技术得到的二维图像仅仅是空间目标在距离-多普勒平面上的投影，不能反映目标散射点的真实位置，同时也不能确定实际的物理尺寸，这对于日益发展的雷达成像领域以及目标识别技术来说，传统的二维ISAR成像技术已经不能满足雷达成像和目标识别的要求。 正因为传统二维ISAR成像技术已经不能满足人们对目标识别的要求，因此人们开始把视线转移到三维ISAR成像技术领域。干涉ISAR（InISAR）作为三维ISAR成像技术的一种，提出的时间较早[2]。干涉技术最早是由Graham提出，并用于合成孔径雷达（SAR）的成像中，利用两个干涉天线，通过比较回波信号的相位差，实现地形高度信息的测量[2]。 上面介绍的都是目标在远场时的情况，当目标位于雷达的远场区时，雷达发射的信号的波前相对于目标可以通过菲涅尔近似，近似为平面波进行处理；而当目标位于近场时，则不可使用菲涅尔近似，雷达发射信号的波前不可以近似为平面波进行处理，即应按球面波计算波前，而常规的距离向和方位向的正交分解也不适用于此情况，但是采用常规的ISAR处理思路仍然是可行的，即先对目标回波进行运动补偿，然后再从近程转台模型出发，得到目标的图像。ISAR成像作为雷达成像领域的一种方法，是空间目标探测和识别的一个重要部分。三维ISAR成像技术获得的三维图像不仅可以反映目标的物理尺寸，而且能够正确地恢复出目标的三维空间位置等信息，而且其自身的目标特性对三维模型没有影响，这使三维成像技术具有较高的优越性。因此，空间目标三维ISAR成像的研究具有实际应用意义，而高效的三维ISAR成像方法的研究也显得尤为重要。本文主要研究了近程运动目标三维ISAR成像的方法，根据球面波的特点，应用波前重建的方法得到目标的二维图像，再运用干涉处理的方法得到第三维坐标信息，从而得到目标的三维图像。 论文第一章为绪论，阐述了ISAR成像技术研究的背景和意义，国内外ISAR成像技术的发展，介绍了ISAR成像的基本概念和本文的主要工作。 论文第二章介绍了ISAR成像的常规方法，主要是距离-多普勒算法，并介绍了两种脉冲压缩算法，即匹配滤波法和解线性调频法。然后介绍了ISAR成像的转台模型，距离-多普勒算法以及运动补偿的方法，最后通过仿真实验说明了常规的ISAR成像运用到近程运动目标成像的局限性。 论文第三章介绍了三维成像技术，首先介绍了InISAR成像的基本理论，包括干涉三维成像的方法，干涉ISAR成像的流程，角闪烁及其判断准则，然后介绍了图像失配产生的原因以及图像配准的方法。 论文第四章主要针对本课题的研究场景提出了一种近程运动目标的三维ISAR成像方法，介绍了近程二维成像时所用到的波前重建方法，将二维图像进行干涉处理后得到目标的第三维坐标信息，即可得到目标的三维图像，仿真实验证明了该方法的正确性。 论文第五章为结论，叙述了对本文工作的总结以及对未来工作的展望。
【关键词】：ISAR成像 近程 波前重建 干涉处理 三维成像
【学位授予单位】：北京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN957.52
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-18
• 1.1 研究背景和意义12-13
• 1.2 研究历史和现状13-16
• 1.3 本文的主要工作16-18
• 第2章 ISAR 成像的常规方法18-45
• 2.1 引言18
• 2.2 目标模型的建立18
• 2.3 距离高分辨和一维距离像18-31
• 2.3.1 线性调频信号18-22
• 2.3.2 目标的一维距离像22-31
• 2.4 ISAR 成像的常规方法31-42
• 2.4.1 ISAR 成像的转台模型32-33
• 2.4.2 距离-多普勒算法33-39
• 2.4.3 运动补偿39-42
• 2.5 常规 ISAR 成像方法运用到近程成像的局限性42-44
• 2.6 本章小结44-45
• 第3章 InISAR 三维成像技术研究45-57
• 3.1 引言45-46
• 3.2 InISAR 三维成像基本理论46-51
• 3.2.1 干涉三维成像方法46-48
• 3.2.2 InISAR 三维成像流程48-49
• 3.2.3 角闪烁及其判断准则49-51
• 3.3 图像配准51-55
• 3.3.1 图像失配产生的原因52-54
• 3.3.2 基于单特显点初相校正的配准方法54-55
• 3.4 本章小结55-57
• 第4章 基于近程运动目标的三维 ISAR 成像57-85
• 4.1 引言57
• 4.2 近场与远场57-59
• 4.3 空间频域插值算法59-69
• 4.3.1 空间频域插值算法基本原理59-67
• 4.3.2 空间频域插值法与 BP 算法比较67-69
• 4.4 基于近程运动目标的三维 ISAR 成像69
• 4.5 仿真分析69-84
• 4.5.1 理想条件下算法仿真69-73
• 4.5.2 速度估计误差对算法的影响73-75
• 4.5.3 噪声对算法的影响75-80
• 4.5.4 斜视对算法成像结果的影响80-84
• 4.6 本章小结84-85
• 结论85-87
• 参考文献87-93
• 攻读学位期间发表论文与研究成果清单93-94
• 致谢94

【共引文献】

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