非均匀线阵ISAR三维成像研究

发布时间：2020-03-28 11:58

【摘要】：雷达三维成像可以采用雷达平台与目标相对运动形成的合成孔径(逆合成孔径)和实孔径相结合的方式来实现。本文研究一种线阵ISAR三维成像的系统,三维线阵ISAR,传统二维ISAR实质上将三维目标投影到距离-方位平面上,在线阵三维ISAR中,当线阵方向垂直于二维成像平面时,通过线阵天线获取目标回波,通过线阵信号处理等相关知识即可以重构出目标在该方向上的散射信息。对目标进行三维成像可以提高在军事中目标跟踪,目标识别的作用。考虑到在实际工作时,线阵可能的非均匀排布,目标具有稀疏特性,本文重点研究在线阵非均匀排布时的ISAR三维成像方法,还需要研究提高成像效果的算法。具体研究内容如下。本文首先介绍了ISAR成像原理,研究并分析了线阵ISAR三维成像的基本工作方式,在转台运动模型的基础上通过线阵的排布来实现三维成像,理论分析了在三个维度的分辨率,可知线阵三维ISAR在线阵向上的分辨率与雷达波长,目标高度以及线阵长度有关,当线阵长度越长时,分辨性能越好。利用投影切片理论证明了通过线阵与传统ISAR相结合来实现三维数据采集与成像的可行性。最后研究一种三维成像算法,基于匹配滤波技术的三维ISAR成像算法,研究在不同线阵长度下的三维成像效果,验证了三维成像的可行性,并且通过设定不同阵元数目分析了系统在线阵方向上对目标的分辨性能。研究了线阵收发模式,根据等效相位中心原理,不同的收发模式线阵都可以等效成收发共用的等效虚拟线阵,在后面的仿真中,考虑的线阵中的阵元就是收发共用阵元。根据角度估计的空间奈奎斯特定理,线阵间距过大时会出现虚假成像,构造两种非均匀线阵,通过分析验证其可以抑制虚假成像。在第2章研究了线阵ISAR三维成像的基本工作方式与成像方法,在此基础上研究利用一种迭代自适应谱估计算法来进行非均匀线阵ISAR三维成像,进行仿真并进行结果对比。在第3章研究的非均匀线阵排列的基础上,介绍几种压缩感知重构算法,研究了信号的稀疏性表示,分析了利用压缩感知理论进行线阵ISAR三维成像的可行性,研究了基于压缩感知算法的非均匀线阵ISAR三维成像,进行仿真实验验证可行性,对比几种压缩感知算法在成像过程中的性能。
【图文】：

西北工业大学,暗室

美国海军部门的 James A. Given 和 William R. Schmidt 介式下的 InISAR 成像方法[21,22]。其中一种是目标滚动多普勒为主位多普勒为主。这两种多普勒回波分别是由于舰船的滚动角和方来的。国内，关于利用双天线的 InISAR 来对目标测高并获取三维图像的进展，在上世纪 90 年代末，有一些国内的学者和研究机构对此做。北京航空航天大学的许小剑研究了 InISAR 三维成像技术在复杂射特性分析和建模中的应用[23]。(a)测量配置 (b)飞机模型

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阵列与雷达三维成像相结合的技术可以直接利用雷达阵列与 SAR 或 ISA照一定工作方式来直接获取三维目标所有散射点的反射回波，这种成像技前主要是应用在 SAR 上，如阵列下视三维 SAR。1996 年，B.R.Mahafza 等人提出了阵列三维 SAR 的概念[32]，利用阵列与的横向运动形成等效二维面阵，可以实现对目标的三维成像。1999 年，，阵视三维成像的概念第一次被 Gierull 提出，并且采用单频雷达信号进行了验验[33]。2004 年，法国 ONERA 的 R.Giret 采用了 LFM 信号，研究了在无人台上的毫米波三维成像系统[34]，基于该研究的成像技术，在 2005 年设计了 DRIVE 系统[35]。在 2006 年，德国的 FGAN-FHR 研究了利用稀疏阵列飞机的机底观测以及进行三维成像的系统 ARTINO[36,37]，该系统采用的阵发模式是多发多收且收发分置的方式，可以等效为均匀的相位中心，雷达 LFM 信号，系统工作在 Ka 波段，雷达阵列安置在小型无人机上。2010 年，系统进行首次实验，系统平台为一重约 25Kg 的无人机，共有 40 个发射位于无人机机翼两端，36 个接收阵元均匀分布在机翼中间，装备的飞行高为 200m，飞行速度为 15m/s，对地面反射目标进行成像，系统如图 1-2 所示
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.52

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