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雷达目标三维成像技术研究

马长征  
【摘要】: 雷达三维成像在精密制导、目标识别等领域具有重要的应用前景。本文以三维 成像为出发点研究了单脉冲三维成像技术、干涉式逆合成孔径雷达三维成像技术、 步进频率信号的运动补偿、调频步进信号雷达成像的拼接及超分辨在雷达三维成像 中的应用。具体安排如下: 第一章 绪论。论述了研究的背景及其意义,国内外研究的历史和现状。 第二章 单脉冲三维成像技术研究。分析了ISAR和单脉冲测角相结合形成三维 像的方法。对于单脉冲测角会出现的角闪烁现象,分析了归一化误差信号的虚部乘 以目标到雷达的距离和测角误差的关系,提出了判断是否发生角闪烁的准则。对于 舰船目标,分析了目标多维转动对多普勒的影响,提出在短时间内解调频分离各散 射点。研究了两种跟踪体制下的成像方法。一种是连续跟踪体制,提出了利用角度 传感器记录跟踪数据,通过曲线拟合得到角度跟踪误差,结合和信号补偿掉差信号 的幅度随机调制问题。另一种是步进跟踪体制,在数据录取期间波束不动,我们提 出利用估计的角运动参数补偿掉差信号幅度调制问题。 第三章 干涉式逆合成孔径雷达三维成像技术研究。研究了三种跟踪体制下的成 像方法:(1)天线连续跟踪目标三维成像。讨论了角度测量误差和跟踪误差的关系, 提出基于一维距离像和二维ISAR像的角跟踪算法,并提出利用同轴角度传感器记 录天线转动量,通过曲线拟合得到跟踪误差的方法。(2)步进跟踪情况下的三维成像, 即雷达波束不动,目标在电轴附近运动,在成一幅像以后天线再转动跟踪上目标。 通过分析得出三天线接收信号存在多普勒频差,提出利用相关法、速度搜索法、横 向角运动参数估计法三种方法对齐ISAR像,使得各天线的ISAR像具有同样的焦 点。(3)天线静止,目标不在电轴方向但目标大概方向已知情况下的三维成像。 第四章 步进频率信号雷达成像运动补偿方法研究。针对图象最小熵准则的大运 算量及族间差准则的过多极值点,提出了一种速度、加速度分开搜索的方案,即利 用一维横像的熵(或对比度)估计加速度,利用一维距离像的对齐程度估计速度。 分析了最小熵准则的计算量及我们的方法的计算量。对于文献[133]提出的基于瞬时 频率估计的极大似然方法,我们分析了在有限采样率条件下,其为有偏估计,对加 速度及高阶项影响较大。此时可以利用最小熵准则对加速度再搜索或利用PGA方法 得到高阶项,提高聚焦效果。 第五章 线性调频步进信号雷达成像技术研究。步进频率信号数据利用率低,只 适用于近距离情况。为了提高数据利用率及雷达作用距离,文献[50][128]提出利用 线性调频信号作为步进频率信号的子脉冲,通过两次压缩得到高分辨的距离像。当 _,-,。甲。。,,--。、-----.----_----,----。---------,。-,, 目标纵向长度较大时,目标占据多个不模糊距离窗长,需要拼接处理。因一次脉压 后信号为sine波形,不是矩形,简单拼接会造成散射点位置重复折叠,一维任离像 出现副像。本文通过设计频率步进步长及调频带宽,有效克眼了副像现象。 第饵…一跄中的硼。腿点测角精度躯影响三维成像的 质量,而ISAR像中散射点的分离又直接影响测角精度。超分辨方法能得到更高的 分辨率,可提高三维成像的效果。我们分析了Relax、Capon、APES方法对单脉 冲测角精度的影响,并同FFT方法进行了比较。对于机动目标,散射点回波可由线 性调频信号近似,基于正弦信号模型的超分辨方法不再适用,我们把R6lax方法扩 展到适用于线性调频信号情形。


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