浮空器載逆合成孔徑雷達飛機目標成像技術研究.pdf

1、逆合成孔徑雷達（ISAR）是一種高分辨的二維成像雷達，可對飛機、衛(wèi)星、導彈、和艦船等運動目標進行成像，具有全天候、全天時、遠距離的特點，在戰(zhàn)略防御、戰(zhàn)場偵察、火力評估等領域具有重要的應用價值，是雷達預警的關鍵組成部分。目前，包括我國在內的很多國家都在構建陸、海、空、天一體化預警網(wǎng)絡。其中，利用浮空器平臺進行雷達預警由于具有執(zhí)行任務時間長、效費比高、隱身與反隱身性能好等優(yōu)點，成為了當前空基預警中的一個前沿問題。本文深入研究了浮空器載ISA

2、R對飛機目標的成像，包括浮空器的不穩(wěn)定運動對ISAR成像的影響、浮空器載ISAR對飛機的高分辨成像與運動補償、對螺旋槳飛機成像時的微動干擾抑制、對在同一波束內的多個飛機目標的成像及對浮空器載ISAR飛機圖像的橫向定標。本文的主要研究內容為：
　　本文首先介紹了穩(wěn)定平臺下ISAR飛機目標成像的基本理論和方法。在該部分本文對所探測的飛機目標的運動方式及其回波信號進行了建模，并介紹ISAR二維成像的原理和距離—多普勒算法，還給出了傳統(tǒng)的

3、ISAR運動補償算法，包括包絡互相關法和模-1法距離對準和相位梯度自聚焦等。由于實際的浮空器并不穩(wěn)定，接下來本文建立了浮空器的三維運動模型，根據(jù)其動力學方程和運動學方程，對浮空器在受氣流擾動后的運動特性進行了分析，隨后通過仿真詳細研究了浮空器平臺的不穩(wěn)定運動對飛機目標的ISAR成像所造成的影響。
　　由于浮空器的不穩(wěn)定運動會引入復雜的多普勒頻率，傳統(tǒng)的運動補償和成像算法所得到的效果并不理想。針對該問題本文提出了浮空器載ISAR對飛

4、機的高分辨成像方法，其基本思想是通過對回波數(shù)據(jù)的時間稀疏化處理去除浮空器受到氣流擾動期間ISAR接收的回波，然后通過基于壓縮感知的ISAR成像算法得到目標的高分辨圖像。在去除了受干擾回波后，由于飛機目標還存在平動運動，本文提出了一種基于梯度投影法和共軛梯度法，利用雙重迭代進行ISAR自聚焦的GP-CG算法。該算法能夠在時間稀疏的情況下，將剩余回波中目標的平動運動所引入的相位誤差進行精確的估計，從而生成聚焦的飛機ISAR圖像。通過對仿真數(shù)

5、據(jù)和實測數(shù)據(jù)的處理，證明了本算法的有效性，能夠應用在實際的工程中。
　　獲取高質量的飛機主體的ISAR圖像是利用浮空器載雷達對飛機進行ISAR成像的主要目標。但實際的飛機目標中很多都裝載有外置的螺旋槳，螺旋槳的快速轉動破壞了目標的剛體屬性，使得ISAR圖像中出現(xiàn)了多個干擾條帶，對飛機主體造成了遮擋，成像質量下降,故需要對該微動干擾進行抑制。當前主要的微多普勒抑制方法運行時間較長，不符合浮空器載ISAR快速預警的要求。為了解決該問題

6、，本文以槳葉為單位，研究了在浮空器載ISAR體制下螺旋槳回波信號的特征，得出其在高分辨距離像上的譜線具有閃爍特性?；谠撻W爍特性，本文提出了利用波形熵在距離像上檢測螺旋槳所在的距離單元的方法，然后提出了基于壓縮感知的飛機螺旋槳微動干擾的快速抑制算法，通過仿真和實測數(shù)據(jù)的實驗結果證明該算法能夠在較短的處理時間內獲得令人滿意的飛機主體ISAR像。
　　在浮空器載ISAR成像中，由于雷達探測距離遠，波束覆蓋范圍廣，且飛機目標有時會編隊運

7、動，因此常會出現(xiàn)在同一個雷達波束內有多個飛機目標的情況。由于這些目標相對于雷達的運動形式不同，不能直接利用單目標成像的算法來進行處理。多目標的成像可以分為多目標直接成像和多目標分離成像兩種思路。針對浮空器載ISAR多目標直接成像，本文研究了基于Chirplet-WVD的距離—瞬時多普勒多飛機目標成像方法，該方法可以在浮空器非穩(wěn)定的情況下獲得聚焦良好的多飛機瞬時ISAR像，還具有雜波抑制的作用。針對多目標的分離成像，本文提出了基于K-均值

8、聚類的多目標成像方法，該方法可以應用在多飛機目標在未聚焦的ISAR圖像上有部分交疊的情況。
　　浮空載ISAR對飛機進行成像的最終目的是對飛機目標進行分類和識別。飛機的尺寸信息是用于識別的重要特征，但該信息不能從ISAR圖像上直觀獲取，其方位分辨率通常未知，通過橫向定標算法估計方位向分辨率是必要的。本文提出了基于自適應chirplet變換的ISAR橫向定標方法，利用與信號匹配的chirplet原子的調頻率，結合最小方差準則的直線擬