机动目标ISAR运动补偿成像算法研究
发布时间：2022-02-09 10:57
逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）成像系统的原理是根据目标的电磁散射特性,将机动目标的组成部分体映射到一个二维的平面上,从而得到目标的大体轮廓,同时呈现出目标的运动状态。ISAR成像在目标识别、辨别和分类等军事应用中发挥着重要作用。在这些应用场景中,如何提高距离向和方位向的分辨率是ISAR成像算法的关键要求。然而当目标的运动状态复杂时,即目标的平移运动和旋转运动为非匀速时,传统的ISAR成像算法将不再适用,图像分辨率会严重下降,甚至失真。基于此,该文提出了两种基于运动补偿的ISAR自聚焦成像算法,并取得了良好的补偿效果。文章的主要内容如下:首先,建立了ISAR机动目标成像几何模型,着重阐述了ISAR成像的基本概念,如一维距离向和方位向,以及多普勒效应,并介绍了距离多普勒成像算法。这些概念和原理作为下面章节的基础依据,支撑起该文所提方法的理论体系。其次,针对匀速大转角高速机动目标,利用keystone变换获得了目标旋转运动所导致的距离徙动补偿（range cell migration compensation,RCMC）,但当目标...
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单基站ISAR—目标几何结构
达信号发送到目标并从中接收回波信号，由于接收信号的时间延迟，可将测距。倘若目标正在移动，则接收信号的频率将从发送信号的频率基础上，这被称为多普勒效应。进一步来讲，多普勒频移由运动目标的径向速度向上的速度分量确定。接收机对回波信号处理后，这一径向速度引入的多使得回波中产生错误的目标距离信息。特别对于高速运动的目标，ISAR 图散射点可能会占据多个分辨率单元，从而表现出目标图像的模糊、散焦与外，目标方位向的错误定标也可能是由散射波中的相位误差造成的。般情况下，首先对接收信号进行傅里叶变换，然后在频域中测量多普勒频叶频谱中，峰值分量表示由目标的径向速度引起的多普勒频移。为了准确接收信号中的相位信息，雷达发射机必须由高度稳定的频率源驱动，这样保持相位相干性。 2-2 为雷达—目标几何结构。在雷达观测的时间内，假设将目标的旋转中心中心，同时也看作目标坐标系 xOy 的原点，设目标任意一点 P ( x,y)包含平转动分量。
因此回波需要精细运动补偿，使多普勒频率在各距离单元之间保持恒定，这称之为多普勒跟踪。一般而言，利用多普勒跟踪对剩余平动造成的相位误差进行补偿。综上分析，距离跟踪使每个散射点的距离像对齐，多普勒跟踪实现了多普勒频移的非时变。2.4.2 转动补偿由前面所述，ISAR 图像的距离分辨率取决于雷达发射信号的带宽，方位向分辨率取决于雷达照射时间内目标相对于雷达视线转过的角度。实际上，目标相对于雷达视线方向转动的小角度足以形成距离多普勒 ISAR 图像。然而，当目标的转角在雷达系统的相干处理间隔内较大时，基于傅立叶变换的成像算法所得到的 ISAR 图像中会产生模糊和失真，因此必须对回波进行相位补偿。转动分量也会造成越距离单元徙动，同样需要进行距离徙动校正，下面讨论关于转动分量对于雷达回波信号的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RID序列的微动目标高分辨三维成像方法[J]. 惠叶,白雪茹. 雷达学报. 2018(05)
[2]基于稀疏孔径干涉ISAR技术的复杂运动舰船目标三维坐标恢复方法（英文）[J]. 王勇,陈雪飞. 雷达学报. 2018(03)
[3]ISAR imaging based on improved phase retrieval algorithm[J]. SHI Hongyin,XIA Saixue,TIAN Ye. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2018(02)
[4]基于块稀疏的超宽带FMCW雷达ISAR大转角成像（英文）[J]. Ke JIN,Tao LAI,Gong-quan LI,Ting WANG,Yong-jun ZHAO. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2017(12)
[5]基于对称Gabor小波滤波的舰船目标识别方法[J]. 尚士泽,李明,侯颖妮. 现代雷达. 2017(10)
[6]基于参数化稀疏表征高速目标ISAR成像方法[J]. 陈春晖,张群,顾福飞,罗迎. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(02)
[7]相位恢复算法的研究进展[J]. 朱红云,周哲海,祝连庆,孟晓辰,王晓玲. 激光杂志. 2016(11)
[8]基于Gabor幅值特征和相位特征相融合的ISAR像目标识别[J]. 王芳,盛卫星,马晓峰,王昊. 电子与信息学报. 2013(08)
[9]一种快速高精度的相位恢复迭代法[J]. 黄利新,姚新,蔡冬梅,郭永康,姚军,高福华. 中国激光. 2010(05)
[10]非么正变换系统中的二维相位恢复问题[J]. 汪力,董碧珍,杨国桢. 物理学报. 1989(11)
硕士论文
[1]基于相位恢复算法的ISAR自聚焦成像[D]. 夏赛雪.燕山大学 2017
[2]超宽带FMCW雷达高分辨成像技术研究[D]. 靳科.解放军信息工程大学 2017
本文编号：3616881
【文章来源】：燕山大学河北省
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
单基站ISAR—目标几何结构
达信号发送到目标并从中接收回波信号，由于接收信号的时间延迟，可将测距。倘若目标正在移动，则接收信号的频率将从发送信号的频率基础上，这被称为多普勒效应。进一步来讲，多普勒频移由运动目标的径向速度向上的速度分量确定。接收机对回波信号处理后，这一径向速度引入的多使得回波中产生错误的目标距离信息。特别对于高速运动的目标，ISAR 图散射点可能会占据多个分辨率单元，从而表现出目标图像的模糊、散焦与外，目标方位向的错误定标也可能是由散射波中的相位误差造成的。般情况下，首先对接收信号进行傅里叶变换，然后在频域中测量多普勒频叶频谱中，峰值分量表示由目标的径向速度引起的多普勒频移。为了准确接收信号中的相位信息，雷达发射机必须由高度稳定的频率源驱动，这样保持相位相干性。 2-2 为雷达—目标几何结构。在雷达观测的时间内，假设将目标的旋转中心中心，同时也看作目标坐标系 xOy 的原点，设目标任意一点 P ( x,y)包含平转动分量。
因此回波需要精细运动补偿，使多普勒频率在各距离单元之间保持恒定，这称之为多普勒跟踪。一般而言，利用多普勒跟踪对剩余平动造成的相位误差进行补偿。综上分析，距离跟踪使每个散射点的距离像对齐，多普勒跟踪实现了多普勒频移的非时变。2.4.2 转动补偿由前面所述，ISAR 图像的距离分辨率取决于雷达发射信号的带宽，方位向分辨率取决于雷达照射时间内目标相对于雷达视线转过的角度。实际上，目标相对于雷达视线方向转动的小角度足以形成距离多普勒 ISAR 图像。然而，当目标的转角在雷达系统的相干处理间隔内较大时，基于傅立叶变换的成像算法所得到的 ISAR 图像中会产生模糊和失真，因此必须对回波进行相位补偿。转动分量也会造成越距离单元徙动，同样需要进行距离徙动校正，下面讨论关于转动分量对于雷达回波信号的影响。
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于RID序列的微动目标高分辨三维成像方法[J]. 惠叶,白雪茹. 雷达学报. 2018(05)
[2]基于稀疏孔径干涉ISAR技术的复杂运动舰船目标三维坐标恢复方法（英文）[J]. 王勇,陈雪飞. 雷达学报. 2018(03)
[3]ISAR imaging based on improved phase retrieval algorithm[J]. SHI Hongyin,XIA Saixue,TIAN Ye. Journal of Systems Engineering and Electronics. 2018(02)
[4]基于块稀疏的超宽带FMCW雷达ISAR大转角成像（英文）[J]. Ke JIN,Tao LAI,Gong-quan LI,Ting WANG,Yong-jun ZHAO. Frontiers of Information Technology & Electronic Engineering. 2017(12)
[5]基于对称Gabor小波滤波的舰船目标识别方法[J]. 尚士泽,李明,侯颖妮. 现代雷达. 2017(10)
[6]基于参数化稀疏表征高速目标ISAR成像方法[J]. 陈春晖,张群,顾福飞,罗迎. 华中科技大学学报(自然科学版). 2017(02)
[7]相位恢复算法的研究进展[J]. 朱红云,周哲海,祝连庆,孟晓辰,王晓玲. 激光杂志. 2016(11)
[8]基于Gabor幅值特征和相位特征相融合的ISAR像目标识别[J]. 王芳,盛卫星,马晓峰,王昊. 电子与信息学报. 2013(08)
[9]一种快速高精度的相位恢复迭代法[J]. 黄利新,姚新,蔡冬梅,郭永康,姚军,高福华. 中国激光. 2010(05)
[10]非么正变换系统中的二维相位恢复问题[J]. 汪力,董碧珍,杨国桢. 物理学报. 1989(11)
硕士论文
[1]基于相位恢复算法的ISAR自聚焦成像[D]. 夏赛雪.燕山大学 2017
[2]超宽带FMCW雷达高分辨成像技术研究[D]. 靳科.解放军信息工程大学 2017
本文编号：3616881
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