高分辨ISAR成像及定標(biāo)技術(shù)研究.pdf

1、逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR)成像技術(shù)具有遠(yuǎn)距離探測、全天候、全天時(shí)工作的特點(diǎn)，有效的提升了雷達(dá)數(shù)據(jù)獲取和信息感知的能力，被廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。
　　隨著應(yīng)用需求的不斷增加，ISAR成像技術(shù)逐漸從粗分辨率向高分辨率成像，從單天線、單極化向多天線多極化等多維度成像，從單傳感器到多傳感器協(xié)同處理等方向發(fā)展。并且，隨著雷達(dá)系統(tǒng)和相控陣技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代多功能ISAR

2、在具有高分辨成像能力的同時(shí)，還要具有廣域觀測、多目標(biāo)跟蹤和定標(biāo)的能力。然而，在實(shí)際成像中，對單個(gè)目標(biāo)而言，用于寬帶成像的時(shí)間和資源是有限的，通常會(huì)導(dǎo)致方位孔徑較短或稀疏不連續(xù)等問題。因此，結(jié)合現(xiàn)代雷達(dá)寬帶體制和成像應(yīng)用的發(fā)展特性，對ISAR精確的相位誤差補(bǔ)償、高分辨成像和定標(biāo)技術(shù)的研究將有利于雷達(dá)成像和目標(biāo)識(shí)別能力的提升。
　　在不增加現(xiàn)有雷達(dá)系統(tǒng)復(fù)雜度的前提下，本文旨在研究利用稀疏信號(hào)處理方法來提高雷達(dá)成像的分辨率、穩(wěn)健性、及應(yīng)

3、用的靈活性。研究內(nèi)容主要針對ISAR方位定標(biāo)、稀疏孔徑運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償和多通道三維高分辨成像三個(gè)關(guān)鍵問題。論文圍繞國家“973”計(jì)劃課題“稀疏微波成像的理論、體制和方法研究”、國家自然科學(xué)基金“空間目標(biāo)全極化ISAR成像與特征提取研究”以及國家自然科學(xué)基金“基于壓縮感知信號(hào)重構(gòu)的空時(shí)稀疏ISAR成像技術(shù)”等項(xiàng)目，對高分辨ISAR成像和定標(biāo)技術(shù)進(jìn)行研究。
　　論文的主要內(nèi)容可概括如下:
　　第一部分是本文的基礎(chǔ)理論，為后續(xù)章節(jié)的工作提

4、供了必要的知識(shí)儲(chǔ)備。主要介紹ISAR的基本成像原理，總結(jié)和歸納了傳統(tǒng)的ISAR成像處理方法，并圍繞壓縮感知理論的三個(gè)要素，介紹了基于壓縮感知的高分辨ISAR成像算法。
　　第二部分研究低信噪比短孔徑ISAR方位定標(biāo)算法。針對低信噪比短孔徑觀測下的ISAR成像及應(yīng)用，提出一種有效的ISAR方位定標(biāo)算法。在不同觀測視角下，分析了兩幅ISAR圖像間存在的關(guān)系。基于ISAR圖像的稀疏特征，首先，利用加權(quán)壓縮感知實(shí)現(xiàn)高分辨成像，保證強(qiáng)散射中

5、心高精度恢復(fù)的同時(shí)有效地抑制噪聲。然后，根據(jù)二維傅里葉變換和極坐標(biāo)映射的特性，利用極坐標(biāo)圖像間的相關(guān)性對轉(zhuǎn)動(dòng)角速度進(jìn)行初估計(jì)。最后，利用加權(quán)壓縮感知對相關(guān)函數(shù)峰值位置進(jìn)行精確估計(jì)，提高了估計(jì)精度和效率，從而實(shí)現(xiàn)ISAR圖像的方位定標(biāo)。
　　第三部分研究稀疏孔徑ISAR相位自聚焦和高分辨成像算法。針對孔徑觀測稀疏下的ISAR回波信號(hào)，提出一種基于加權(quán)特征向量的稀疏孔徑ISAR相位自聚焦算法。首先，利用歸一化幅度方差準(zhǔn)則進(jìn)行距離單元樣

6、本選擇。然后，分析各個(gè)距離單元回波信號(hào)的信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)水平，通過對特顯點(diǎn)樣本數(shù)據(jù)增加不同的權(quán)值，使得具有高SNR特性的距離單元樣本在估計(jì)中占較大的比重，有效地增大了信號(hào)的作用同時(shí)抑制了噪聲的影響。為確保相位誤差估計(jì)的精度，以迭代的方式對多普勒頻移和相位誤差進(jìn)行估計(jì)和補(bǔ)償。最后，根據(jù)貝葉斯壓縮感知理論，利用最大后驗(yàn)概率估計(jì)法，推導(dǎo)出基于稀疏約束的ISAR超分辨成像模型，實(shí)現(xiàn)稀疏孔徑觀測下ISAR信號(hào)

7、的高精度重建。
　　第四部分研究基于聯(lián)合稀疏約束的干涉ISAR(Interferometric ISAR，InISAR)三維成像算法。InISAR能夠獲取機(jī)動(dòng)目標(biāo)的三維圖像，但長時(shí)間觀測下機(jī)動(dòng)目標(biāo)的多普勒譜是時(shí)變的，因而影響目標(biāo)三維圖像的質(zhì)量。因此，針對短相干處理時(shí)間內(nèi)的機(jī)動(dòng)目標(biāo)，利用ISAR圖像的稀疏性，提出一種基于多通道聯(lián)合稀疏約束的InISAR三維成像算法。首先，對平動(dòng)分量中的包絡(luò)偏移和相位誤差進(jìn)行統(tǒng)一補(bǔ)償。接著，對來自不同