基于時(shí)頻分析的艦船目標(biāo)ISAR成像研究.pdf

1、由于雷達(dá)成像相對(duì)于光學(xué)成像和紅外成像具有全天候,全天時(shí)的優(yōu)點(diǎn),岸基 ISAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像具有重要的國(guó)防意義。在較高海情下,艦船目標(biāo)通常存在三維轉(zhuǎn)動(dòng),其運(yùn)動(dòng)是航行運(yùn)動(dòng)與三維轉(zhuǎn)動(dòng)的合運(yùn)動(dòng)。對(duì)于ISAR成像來(lái)說(shuō),三維轉(zhuǎn)動(dòng)的存在使得艦船目標(biāo)的成像投影平面不斷變化,回波相位的形式更加復(fù)雜。艦船目標(biāo)的回波信號(hào)經(jīng)距離壓縮和運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償之后近似為高階多項(xiàng)式相位信號(hào),其多普勒頻率具有時(shí)變性,此時(shí)傳統(tǒng)的距離—多普勒(RD)成像算法無(wú)法獲得清晰的ISAR像

2、,需采用基于時(shí)頻分析的距離—瞬時(shí)多普勒(RID)算法進(jìn)行成像。影響距離—瞬時(shí)多普勒算法成像效果的關(guān)鍵在于該方法所采用的時(shí)頻分布的性能。本文提出了一些新的時(shí)頻分布算法,并應(yīng)用到 ISAR艦船成像中。此外本文還研究了艦船目標(biāo)數(shù)據(jù)段選取的方法。
　　本文的主要工作概述如下:
　　首先,建立了艦船目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型。將艦船上某散射點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)視為該散射點(diǎn)繞艦船質(zhì)心的三維轉(zhuǎn)動(dòng)與艦船質(zhì)心相對(duì)于雷達(dá)的平動(dòng)的合成,通過(guò)該模型得到艦船目標(biāo)的仿真回波數(shù)

3、據(jù)。對(duì)仿真回波數(shù)據(jù),分別運(yùn)用了RD算法和RID算法進(jìn)行成像。成像結(jié)果表明,RID算法成像效果更好,且可獲得目標(biāo)不同時(shí)刻的姿態(tài)。
　　之后,針對(duì)基于圖像對(duì)比度的艦船目標(biāo)數(shù)據(jù)段選取中存在的問題,提出一種基于轉(zhuǎn)動(dòng)矢量估計(jì)和圖像對(duì)比度相結(jié)合的選段方法。首先采用基于轉(zhuǎn)動(dòng)矢量估計(jì)的選段方法確定目標(biāo)的俯視圖和側(cè)視圖的成像起始時(shí)刻,然后采用基于圖像對(duì)比度的選段方法確定最優(yōu)成像積累時(shí)間。針對(duì)成像起始時(shí)刻的選取,提出一種采用平滑樣條曲線擬合的方法來(lái)提

4、高估計(jì)精度,針對(duì)成像積累時(shí)間的選取也提出了一種提高估計(jì)精度的方法。兩種方法相結(jié)合進(jìn)行數(shù)據(jù)選段,既可以獲得艦船的俯、側(cè)視圖又避免了單純運(yùn)用圖像對(duì)比度方法選段時(shí)需要二維搜索的不足。仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)成像結(jié)果證明了該選段方法的有效性。
　　然后,針對(duì)海情較低情況下的ISAR艦船成像問題,提出基于各種二階時(shí)頻分布的RID成像方法對(duì)艦船目標(biāo)進(jìn)行成像。首先介紹RID算法的原理,之后著重研究了各種二階時(shí)頻分布及其在ISAR艦船成像中的應(yīng)用。這些分布

5、包括魏格納分布(WVD)、科恩(Cohen)類分布、重排Cohen類分布、S-Method及 L類魏格納分布(LWVD)。仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)的成像結(jié)果表明,在低海情下重排Cohen類分布的成像效果最好。
　　最后,針對(duì)海情較高情況下的ISAR艦船成像問題,提出基于新型復(fù)時(shí)間延遲時(shí)頻分布(CTD)的ISAR成像方法。首先,研究了兩類提高CTD時(shí)頻聚集性的方法和兩類抑制CTD交叉項(xiàng)的方法,然后提出一種修正型4階CTD方法。為提高 CTD的

6、時(shí)頻聚集性,提出一種廣義的CTD,在標(biāo)準(zhǔn)復(fù)時(shí)間延遲型分布的時(shí)間延遲項(xiàng)中引入一個(gè)角度參數(shù)。通過(guò)合理的選取該角度參數(shù)和取角變換可抑制 CTD的自交叉項(xiàng),提高其時(shí)頻聚集性。此外本文還研究了基于 L類分布提高CTD的時(shí)頻聚集性的方法。針對(duì)CTD對(duì)多分量信號(hào)會(huì)產(chǎn)生互交叉項(xiàng)的問題,本文采用基于頻域卷積和基于模糊函數(shù)兩種方法來(lái)對(duì)CTD的互交叉項(xiàng)進(jìn)行抑制。針對(duì)CTD在離散化實(shí)現(xiàn)中需要通過(guò)插值來(lái)修正頻率尺度的問題,本文提出一種修正型CTD及其L形式,通過(guò)