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逆合成孔径雷达运动补偿技术研究

吴鸿鹄  
【摘要】:逆合成孔径雷达(ISAR)在军事和民用领域有着广泛的应用。ISAR能够对非合作运动目标高分辨成像,而运动补偿技术作为ISAR成像算法的关键问题之一,直接关系到成像的质量。非合作目标相对雷达的运动是复杂的,为了便于分析可以将该相对运动分解成目标相对雷达的转动和平动。其中,转动分量使得目标不同散射点产生了方位多谱频率的差异,因此转动是成像的必要分量。平动分量则对成像没有贡献,并且会影响成像的质量。主要影响有两个方面:一,一维距离向相互之间的偏移,这一偏移导致信号在方位向无法相干积累,影响成像质量;二,引入了附加的高次相位,使得方位向散焦。因此平动分量必须补偿掉。根据以上分析,运动补偿可以分为两步,即距离对准和相位补偿,本文将着重讨论这两项技术。 压缩感知是一种新近提出的理论,该理论证明只要信号在某个变换域是稀疏的或可压缩的,就可以利用一个和基矩阵不相关的观测矩阵将信号从较高的维度投影到较低的维度,通过求解一个优化问题便可以高概率重构出原始信号。利用压缩感知技术可以有效地降低采样率,分担数据在传输和存储过程中的压力。本文将该理论应用于ISAR成像技术,获得了质量较高的成像结果。本文主要分为6章,章节安排如下: 第一章主要介绍ISAR的基本概念、发展过程以及现状,简要说明ISAR的应用情况,并对压缩感知的发展历史进行简单介绍。 第二章主要介绍ISAR的转台成像原理,阐述了ISAR运动补偿的必要性及其原理。 第三章主要对距离对准技术进行了较深入的研究,详细的阐述了全局最小熵法和改进的互相关法的原理和具体步骤,给出采用这些方法对实测数据进行处理的结果。并对其他常用的距离对准算法进行简单的介绍。 第四章讨论了相位梯度自聚焦法、秩一相位估计法及其改进算法、最大似然估计法的基本原理及其步骤,并结合实测数据的处理结果对这三种方法的优缺点进行比较。 第五章主要介绍压缩感知的基本原理,给出该理论的应用条件和具体步骤。接着介绍了基于压缩感知的距离压缩算法和方位向成像算法,并通过实测数据对算法进行验证。然后分析了几种常见的距离对准算法和相位补偿算法在随机脉冲重复间隔(PRI)回波信号条件下的性能,并通过距离对准结果和最后的成像结果进行比较。 第六章结束语对全文的工作进行了总结,并指出未来的工作。


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