高分辨外辐射源雷达成像技术研究

发布时间：2020-08-24 15:50

【摘要】：外辐射源雷达成像系统一般利用第三方机会照射源作为系统发射站,通过部署多个接收站于感兴趣的区域周围以对目标进行探测。与常规雷达成像系统相比,其具有成本低,抗指向性干扰以及生存能力强等优点。通过灵活的系统布站,还可以实现对隐身目标的有效探测。由于具有上述种种优势,外辐射源雷达成像系统受到了众多科研机构的重视。然而,外辐射源雷达成像系统还存在一些技术上亟待解决的难题,主要包括以下两个方面:1)第三方照射源一般并非是为雷达探测所设计,辐射源信号一般带宽较窄,且为连续波信号,因此传统合成孔径雷达成像中的“停-走”模型不再适用,且距离分辨率较差;2)灵活的系统布站方式虽有利于提高成像系统的探测性能,但同时使系统构型变的较为复杂,使得成像算法的设计较为困难。针对上述问题,本文从三个方面开展了相关的研究工作以改善系统的成像性能:首先,基于层析成像原理建立了成像系统构型,在此基础上对目标回波信号模型进行了推导,分析了回波信号的空间采样谱域分布与系统构型、分辨率之间的关系,并从系统点扩散函数的角度出发分析了优化布站的方法;其次,开展了窄带连续波信号下的高分辨成像算法的研究,考虑到散射点目标稀疏分布的特性,进一步提出基于压缩感知的稀疏成像算法;最后,分析了运动平台非理想运动对回波信号的影响,建立了含有运动相位误差的回波信号模型,并提出了相应的运动补偿方法对回波信号相位误差进行修正以改善系统成像性能。全文具体研究内容为:1、建立了外辐射源雷达成像系统的基本构型,在此基础上,对回波信号模型进行了理论推导。分析了辐射源数量对回波信号空间采样谱域分布的影响,并从回波信号空间采样谱域的角度分析了成像系统的分辨性能。对成像系统的点扩散函数进行了理论推导,并由此探索了布站方式与成像系统分辨性能之间的联系,从而讨论了基于点扩散函数分析的布站优化方法;2、从层析成像的角度对回波信号模型进行了分析,得到了回波信号与目标场景散射系数函数之间的傅里叶变换对关系。在辐射源数量较多时,通过对回波信号采样频谱的分析,给出了基于插值方法的DFT重构方法。在辐射源数量较少,回波信号的空间采样频谱稀疏分布较时,开展了极坐标格式成像算法的研究,通过在极坐标格式下设计与回波信号空间采样频谱相匹配的圆卷积核函数,有效避免了成像算法中的插值过程,实现对目标场景的高分辨重构;3、针对成像过程中受天气、地形等客观因素影响,实际获取的信号空间采样谱域可能存在缺失,传统成像算法性能严重恶化的问题,开展了基于压缩感知的稀疏成像算法的研究,分析了字典矩阵的相关性与稀疏重构算法性能之间的关系,并建立了字典矩阵的列相关性与布站构型之间的联系,进一步通过模拟退火方法对布站构型进行优化,从而改善系统的成像性能,仿真实验验证了所提方法的有效性;4、由于信号传播受大气层的干扰,系统中运动平台的非理想运动,真实的回波信号可能会受到相位误差的污染而导致图像散焦。针对上述问题,本文开展了适用于外辐射源雷达成像系统的运动补偿方法的研究。通过建立含有相位误差的成像模型,分析相位误差对成像过程的影响特性,提出了基于定点迭代算法的相位误差估计方法。在稀疏成像算法过程中,提出了通过最小化相对重构误差的方法实现对回波相位误差变量估计的方法,并通过仿真验证了所提方法的有效性。在上面的相位误差估计方法中,并未对相位误差变量的形式进行假设,因而所提运动补偿方法是一种非参数化的方法,可用于补偿任意形式的相位误差变量。
【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】：2018
【分类号】：TN957.52
【图文】：

示意图,导航卫星,SAR成像,双基

２００１年美国伊利诺伊大学验证了利用电视与广播电台信号做为外射源信号进行外辐射源雷达成像的可行性［ｎ３＿１１５１，接着他们在Ｇａｉｔｈｅｒｓｂｕｒｇ录取了面３７个电视与调频广播回波信号数据，通过对录取回波信号的处理，成功实现了空中的民航飞机成像。逡逑２００７年初，美国ＮＡＶＳＹＳ公司的Ａｌｉｓｏｎ邋Ｂｒｏｗｎ和Ｂｅｎ邋Ｍａｔｈｅｗｓ发文报道其公司逡逑经研制出了一个１０９阵元的ＧＰＳ接收天线阵列和一个改进的高增益ＧＰＳ接收机逡逑（Ｈｉｇｈ－ｇａｉｎ邋Ａｄｖａｎｃｅｄ邋ＧＰＳ邋Ｒｅｃｅｉｖｅｒ，ＨＡＧＲ），图邋１．３邋为接收天线阵列实物图丨１１８－ｎ９］。逡逑系统由一个参考天线和一个１０９阵元的天线阵列构成，可以同时接收４个以上的逡逑ＰＳ信号，从而构成了邋ＳＳ－ＢＳＡＲ系统，系统示意图如图１．４所示。这个天线阵列的逡逑收增益比一般接收机高２０ｄＢ，这使得从更高处接收ＧＰＳ回波进行遥感成为可能，逡逑而大大减弱了多径误差。在试验过程中，把此接收系统置于一个Ｃｅｓｓｎａ实验飞机逡逑部，实验验证了该系统利用数字波束控制可以稳健的跟踪ＧＰＳ的镜面反射信号和逡逑些漫反射信号、可以检测水面上船只的后向散射信号、实时检测水面感兴趣散射信逡逑或检测地面上感兴趣区域的信号回波。图１．５是此实验系统在０．１秒相Ｔ？枳累时间逡逑

接收天线,阵列,单元,对星

英国的Ｃｈｅｍｉａｋｏｖ等人从２００１年开始，对星－表双邋Ｓｙｎｔｈｅｔｉｃ邋Ａｐｅｒｔｕｒｅ邋Ｒａｄａｒ，邋ＳＳ－ＢＳＡＲ）系统的原理和方法析了该系统的性能特点，提出了系统方案，研宄了成像展开了性能验证试验研宄［１８，２９，６４，％，｜（）（）’｜］８＇１２（）］。５８－：６８八１１系个安装在地面或者地表附近的接收机构成，因而得名队发表了邋ＳＳ－ＢＳＡＲ的初步试验结果，发射机选用在轨导８逡逑

示意图,布站,构型,示意图

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