提高雷達成像質(zhì)量的若干新體制和新方法研究.pdf

1、雷達成像技術(shù)是在微波頻段獲取目標信息的重要手段，具有工作距離遠、探測視場寬、對環(huán)境的適應(yīng)能力強等光學(xué)成像系統(tǒng)無法比擬的優(yōu)勢，在戰(zhàn)場監(jiān)視、地形測繪、國土防御等軍民用領(lǐng)域均扮演著與日俱增的重要作用。隨著電子信息技術(shù)的飛速發(fā)展和應(yīng)用需求的不斷升級，雷達成像領(lǐng)域正經(jīng)歷著深刻的變革。傳統(tǒng)的合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar, SAR)和逆合成孔徑雷達(InverseSynthetic Aperture Radar, I

2、SAR)已經(jīng)不能滿足現(xiàn)代戰(zhàn)爭和國民經(jīng)濟建設(shè)對雷達成像越來越嚴苛的要求，而逐步向雙/多基地組網(wǎng)成像，超寬帶大視角成像，超分辨成像等趨勢發(fā)展。多基站、多方向、多視角的數(shù)據(jù)融合處理可以顯著增強圖像目標特征和提高圖像分辨率，而探索新的成像體制對于突破實孔徑成像分辨極限，實現(xiàn)運動平臺上的前視成像有著十分重要的意義。
　　本文旨在從雙/多基地ISAR成像，大轉(zhuǎn)角雷達成像和量子關(guān)聯(lián)雷達成像等新體制尋找突破口，結(jié)合圖像融合和稀疏優(yōu)化等領(lǐng)域的新技術(shù)

3、，研究提高雷達圖像信噪比和分辨率，以及增強成像結(jié)果中目標特征信息的新方法，為研究提升雷達成像質(zhì)量提供一些新的思路。全文研究內(nèi)容主要包括:
　　第一章介紹傳統(tǒng)的SAR和ISAR發(fā)展概況，給出了新的雷達成像發(fā)展動態(tài)和趨勢，明確了本文的研究意義。
　　第二章介紹了一種在數(shù)據(jù)域完成雙基地ISAR圖像融合方法。雙基地逆合成孔徑雷達(Bistatic ISAR)的兩副天線能夠同時接收兩個視角下的目標回波，將分別獲取的圖像進行融合處理，可

4、以獲得質(zhì)量更高的ISAR圖像以提供更豐富的目標信息，但由雙基地角帶來的目標像尺寸形狀不一致等問題將造成融合困難。針對這個問題，首先建立了轉(zhuǎn)臺ISAR成像模型，提出一種結(jié)合參數(shù)估計的雙基地ISAR圖像融合方法，利用散射單元在前后子孔徑下的多普勒偏移估計出目標的轉(zhuǎn)動角速度，利用兩幅ISAR圖像的幾何變換關(guān)系估計出半雙基地角，再將不同視角下的數(shù)據(jù)映射到同一個坐標平面中進行融合處理，得到信噪比和對比度更好的圖像。
　　第三章以直線構(gòu)型的多

5、基地ISAR為例，介紹了分布式ISAR(Distributed ISAR)提高方位分辨率的原理，提出了數(shù)據(jù)塊相干化處理方法。首先建立了分布式ISAR成像的幾何模型，分析了該體制提高ISAR橫向分辨率的原理，針對各個雷達等效觀測角存在重疊區(qū)域的情況，提出了利用二維相關(guān)函數(shù)最大化搜索的分布式ISAR方位信號相干化處理方法，并利用仿真試驗結(jié)果證明了方法的有效性和分布式ISAR提高方位分辨的性能;針對各個雷達等效觀測角存在間隔的另一種情況，構(gòu)建

6、了數(shù)據(jù)采樣和成像的矩陣模型，采用擬牛頓迭代的稀疏重構(gòu)算法進行高分辨成像，克服等效方位數(shù)據(jù)缺損引入的誤差。
　　第四章研究了大轉(zhuǎn)角雷達成像(Wide Angle Radar Imaging，WARI)的子孔徑成像方法，并給出一種全孔徑圖像綜合算法。大轉(zhuǎn)角成像通過積累更寬角度回波，能夠顯著增強目標分辨能力和信息提取能力，但這時小角度近似和各向同性假設(shè)均不再成立，傳統(tǒng)基于傅里葉變換的成像方法不再適用。針對這個問題，首先建立了大轉(zhuǎn)角成像模

7、型，將全孔徑分為若干重疊的子孔徑，分別利用極坐標格式算法(Polar Format Algorithm，PFA)成像得到若干不同視角下的子圖像，然后針對子圖像的綜合問題，構(gòu)造了稀疏增強非負矩陣分解(Sparsity Enhanced Non-negativeMatrix Factorization，SENMF)問題并給出相應(yīng)的乘性迭代算法，對旋轉(zhuǎn)配準后的子圖像在NMF特征子空間進行迭代融合，獲得目標增強和信噪比更高的全孔徑綜合圖像。

8、r>　　第五章介紹了量子關(guān)聯(lián)成像理論(Quantum Imaging，or Correlated Imaging)，并將這一方法推廣到微波頻段，分析了雷達關(guān)聯(lián)成像(Radar Correlated Imaging)的信號模型與實現(xiàn)的必要條件—即產(chǎn)生可控可測的隨機漲落微波輻射場，然后給出一種利用相控陣生成隨機輻射場的方法并分析不同陣面排布對輻射場的影響，并結(jié)合壓縮感知稀疏求解方法突破常規(guī)實孔徑陣列雷達成像的方位向瑞利分辨率極限;然后結(jié)合寬