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舰船目标ISAR成像中的转动参数估计

唐守贺  
【摘要】: 逆合成孔径雷达(ISAR)能够对飞机、舰艇、天体等运动目标进行全天时、全天候、远距离成像,在战略防御、战术武器、反卫星侦察以及雷达天文学中都具有重要应用价值。ISAR对舰船成像主要依靠舰船与雷达之间的相对转动,由于舰船运动速度较慢,所以这种转动主要由舰船航行时在海浪作用下舰船自身摇摆(滚动、俯仰、偏航)产生的转动组成。由于海情等级的多变与未知,使得舰船运动情况非常复杂,得到高质量雷达图像的难度很大。为此本文主要研究舰船转动参数的估计,为得到高质量雷达图像奠定基础。 本文首先对舰船目标的转动进行研究。建立舰船的运动模型是进行研究的前提,但舰船运动的复杂性导致了舰船运动模型的建立非常困难。文中先确定舰船上散射点的初始位置,把舰船的转动近似成为正弦形式,然后在不考虑舰船其他运动的前提下,根据旋转矩阵理论,推导了舰船上散射点其他时刻的位置,近似建立舰船目标的散射点运动模型。另外还详细阐述了一种经典的ISAR成像算法——距离-多普勒(RD)算法,并对舰船成像的RD算法进行了详细的推导。仿真包括了每一种转动单独存在以及三种转动同时存在时的情况,得到了较理想的成像结果。 其次研究了瞬时多普勒频率的估计。在这部分中,先介绍了时频分析的相关理论,并根据时频分析理论介绍了瞬时多普勒成像的算法。接着分别利用了短时傅立叶变换(STFT)和威格纳—威利分布(WVD)两种时频分析方法实现了仿真。在此基础上,详细阐述了瞬时多普勒频率的估计原理,并选择了合适的时频分析方法STFT实现了瞬时多普勒频率估计的仿真。 然后研究了舰船目标转动参数的估计。舰船转动参数估计是在估计得到了瞬时多普勒频率的基础上实现的,利用瞬时多普勒频率与舰船转动之间的关系,通过曲线拟合的方法可以估计出舰船的转动参数。本文中把转动参数估计分解为两部分,先利用滚动轴上散射点实现俯仰和偏航参数的估计,然后再分别利用俯仰轴和偏航轴上的散射点估计滚动参数。同时对方法的可行性进行了详细的论证,并且分别实现了仿真。 最后对全文的工作进行简单的总结,并且指出了有待进一步研究的问题。


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