單脈沖雷達(dá)目標(biāo)三維成像與識(shí)別研究.pdf

1、雷達(dá)成像在精密制導(dǎo)、目標(biāo)識(shí)別、民航管制等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)可以得到目標(biāo)的距離一多普勒像，但是在目標(biāo)姿態(tài)變化時(shí)，ISAR像不能夠反映目標(biāo)的真實(shí)形狀。對(duì)回波的各個(gè)分辨單元進(jìn)行單脈沖測(cè)角，將方位、俯仰和距離信息結(jié)合起來(lái)就得到目標(biāo)的三維像，此像與目標(biāo)的物理尺寸一致，并且受目標(biāo)的機(jī)動(dòng)影響較小，十分有利于改善識(shí)別性能，但是單脈沖三維成像存在三維運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償、角閃爍等問(wèn)題。本文主要論述單脈沖三維成像與目標(biāo)識(shí)別方法，對(duì)抑制角閃爍

2、的單脈沖測(cè)角方法、海雜波背景下的目標(biāo)三維成像和目標(biāo)三維像自動(dòng)識(shí)別方法作了深入地研究。具體工作概括如下： 1.當(dāng)單脈沖雷達(dá)與目標(biāo)距離很近時(shí)，角閃爍將成為主要測(cè)角誤差源，其大小可能使測(cè)角結(jié)果指向目標(biāo)尺寸以外。因此必須對(duì)角閃爍進(jìn)行有效抑制，以提高測(cè)角精度。我們首先分析了由于目標(biāo)切向運(yùn)動(dòng)引起的差波束方向圖調(diào)制問(wèn)題，推導(dǎo)出在對(duì)差通道回波信號(hào)進(jìn)行高分辨處理后，譜展寬程度與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)之間存在某種關(guān)系，從而提出一種新的拉伸體制下的角估計(jì)方法。

3、該方法通過(guò)搜索高分辨距離像波形熵的全局最大值得到目標(biāo)角度估計(jì)，可以很好地抑制測(cè)角閃爍的發(fā)生。結(jié)合該測(cè)角方法，我們還給出了基于差波束ISAR像的角運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)與補(bǔ)償方法。 2.無(wú)論是對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)、成像或者識(shí)別，雜波均會(huì)造成嚴(yán)重地影響。以雷達(dá)對(duì)海面目標(biāo)進(jìn)行觀測(cè)為例，當(dāng)擦海角(入射余角)接近90。時(shí)，海面的散射系數(shù)crn會(huì)增大到+10dB左右，此時(shí)回波距離像中目標(biāo)將被雜波完全淹沒(méi)。我們對(duì)這種情況下的海雜波抑制方法進(jìn)行了探索性地研究。首

4、先利用ISAR技術(shù)，對(duì)海面和目標(biāo)同時(shí)成像。然后利用新提出的基于Radon變換的目標(biāo)雜波分離算法將ISAR像中的海雜波抑制掉，再對(duì)目標(biāo)散射點(diǎn)進(jìn)行單脈沖測(cè)角。這樣就使得雷達(dá)能夠在高擦海角時(shí)獲得目標(biāo)的三維像。 3.本文針對(duì)如何利用雷達(dá)三維成像技術(shù)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)目標(biāo)識(shí)別的問(wèn)題進(jìn)行了探索。我們首先通過(guò)CAD(計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì))技術(shù)建立目標(biāo)模板庫(kù)。在得到目標(biāo)的三維像之后，估計(jì)出目標(biāo)的姿態(tài)，修正已經(jīng)建立好的目標(biāo)模板庫(kù)，通過(guò)與形態(tài)濾波相結(jié)合的最大融合度

5、分類器完成目標(biāo)的識(shí)別。最后仿真了三維目標(biāo)識(shí)別方法，并對(duì)結(jié)果進(jìn)行了分析。 本論文各章節(jié)安排如下： 第一章介紹了雷達(dá)成像與目標(biāo)識(shí)別的研究背景及意義，回顧了前人的研究成果，并簡(jiǎn)要介紹了本文的研究重點(diǎn)。第二章分別介紹了距離高分辨技術(shù)、ISAR成像技術(shù)以及基于ISAR的單脈沖三維成像技術(shù)的基本原理與方法。 第三章重點(diǎn)研究了能夠有效抑制角閃爍的單脈沖測(cè)角方法。提出了拉伸體制下的最大熵測(cè)角方法，同時(shí)給出了基于差波束ISAR像的

6、角運(yùn)動(dòng)參數(shù)估計(jì)與補(bǔ)償方法。 第四章針對(duì)高擦海角觀測(cè)條件下的海雜波抑制方法進(jìn)行了研究，提出了基于Radon變換的雜波與目標(biāo)分離方法，可以在ISAR像中將海雜波抑制掉，最終獲得目標(biāo)的三維像。 第五章主要討論的是如何利用基于拉伸處理的數(shù)字波束形成技術(shù)在寬帶相控陣上實(shí)現(xiàn)三維成像功能。仿真對(duì)比了步進(jìn)跟蹤與連續(xù)跟蹤兩種情況下寬帶相控陣對(duì)空中目標(biāo)的單脈沖三維成像。 第六章重點(diǎn)討論目標(biāo)三維像的識(shí)別方法。對(duì)模板庫(kù)的建立、目標(biāo)三維像