單站ISAR對(duì)外空目標(biāo)3-D成像技術(shù)研究.pdf

1、雷達(dá)三維成像在對(duì)外空目標(biāo)如衛(wèi)星、空間碎片和空間站進(jìn)行跟蹤、識(shí)別以及對(duì)天體的觀測(cè)等領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用前景。目前對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行三維成像的常規(guī)方法是利用多天線的干涉逆合成孔徑方法(InISAR),位于目標(biāo)上同一水平和距離但不同高度上的散射中心不能得到區(qū)分,另外該算法在實(shí)現(xiàn)方面具有一定的復(fù)雜性和難度。針對(duì)InISAR存在的上述的一些缺點(diǎn),本文根據(jù)外空目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)可以精確已知的特點(diǎn),對(duì)三種利用單站雷達(dá)對(duì)外空目標(biāo)進(jìn)行三維成像的方法進(jìn)行了研究,它們分

2、別為距離-多普勒方法、基于ISAR一維距離像的三維成像方法和基于ISAR二維回波數(shù)據(jù)的三維成像方法。對(duì)于第一種方法,本文首先研究了逆合成孔徑的轉(zhuǎn)臺(tái)成像原理以及ISAR回波信號(hào)的三維表達(dá)形式,提出利用距離-多普勒算法對(duì)外空目標(biāo)進(jìn)行三維成像的方法。并利用該方法對(duì)建立的目標(biāo)模型進(jìn)行三維成像,從而驗(yàn)證了R-D算法對(duì)三維旋轉(zhuǎn)目標(biāo)進(jìn)行三維成像的可行性,但該方法的成像效果受到旋轉(zhuǎn)角度大小限制以及需要目標(biāo)在成像時(shí)間內(nèi)相對(duì)雷達(dá)具有三維旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。對(duì)于第二種

3、方法,本文根據(jù)目標(biāo)散射中心在雷達(dá)視線上的幾何投影,分析了利用不同時(shí)刻下ISAR一維距離像對(duì)雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行三維成像的基本原理以及該方法涉及的距離參數(shù)的估計(jì)和散射中心匹配與提取等技術(shù)難點(diǎn),提出了利用幾何繞射理論模型(GTD)模型描述目標(biāo)寬帶RCS回波數(shù)據(jù)、利用空間譜估計(jì)算法估計(jì)距離參數(shù)以及基于統(tǒng)計(jì)直方圖和C-均值法的散射中心匹配和提取方法的三維成像方法。最后利用GTD散射模型生成的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證該方法不受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方式的限制且具有實(shí)

4、現(xiàn)簡(jiǎn)單、成像效果好以及穩(wěn)定等優(yōu)點(diǎn)。對(duì)于第三種方法,本文研究了ISAR距離-多普勒二維數(shù)據(jù)以及二維全極模型的特點(diǎn),分析了利用估計(jì)得到的不同時(shí)刻下ISAR二維回波數(shù)據(jù)的距離和距離率對(duì)雷達(dá)目標(biāo)進(jìn)行三維成像的基本原理和對(duì)參數(shù)進(jìn)行估計(jì)的方法,提出將ISAR回波數(shù)據(jù)近似為二維全極模型進(jìn)行處理、利用子空間算法ACMP進(jìn)行估計(jì)參數(shù)的三維成像方法。最后本文利用建立的ISAR二維回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像實(shí)驗(yàn),驗(yàn)證該算法同樣具有不受目標(biāo)運(yùn)動(dòng)形式的限制、實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單成像效