雷达目标三维成像技术研究

【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。