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《西安电子科技大学》 2002年
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基于实测数据的雷达成像方法研究

邢孟道  
【摘要】: 成像作为雷达的一个新的功能在国内外已被广泛应用,它具有全天候、全天时、远距离成像的特点,可以大大提高雷达的信息获取能力,特别是战场感知能力。现在国外对战场感知要求高的雷达均配有二维成像功能,其对军用和民用均有重大实用价值。 雷达成像可分为逆合成孔径雷达(ISAR)成像和合成孔径雷达(SAR)成像,它的实践性非常强,对其研究需要大量实测数据。在过去,由于我国的宽带雷达比较少,录取的实测数据非常少,许多研究是基于仿真数据和少数国外录取的数据,限制了研究的深入。在ISAR成像方面,情况要好一些,“863”高科技计划的支持下,93年国内400MHz的宽带实验雷达研制完成,成功地录取几批实测数据,提供给多所高校和研究所,大大推动了研究工作。在SAR成像方面,可供研究的国内实测数据非常少,但近年来,由于需求牵引,许多研究所,如航空607所、电子14所、电子38所和兵器206所等,先后对机载SAR进行了较多批次的试飞,录取了一大批数据。本文就是利用我国自己录取的实测数据,在已有的研究工作基础上,对雷达成像作进一步研究。主要工作概述如下: 第二章研究机动目标的逆合成孔径雷达成像原理。逆合成孔径雷达(ISAR)和合成孔径雷达(SAR)都是利用目标(场景)与雷达的相对运动,提高横向分辨率,实现对目标(场景)的成像。SAR的运动方是雷达平台,可控制作平稳飞行,且用仪器测校其偏离误差;ISAR的运动方通常是非合作目标,运动不受控制,且难以精确测量。当目标作机动飞行时,以目标作固定基准,雷达等效地在空间形成流形复杂的逆合成孔径(阵列),本第二章是对这种情况下成像原理进行了系统的研究。 第三章是研究机动目标的平动补偿和成像方法。首先讨论平动补偿,它通常可以分解为两步进行——包络对齐和自聚焦,通过分析表明,针对平稳飞行的包络对齐方法(如相关法和最小熵方法)仍适用于机动目标,而根据相干积累原理,已有的自聚焦方法(如单特显点法,多特显点法,PGA方法)从理论上和实际上来说都不是最优的,我们提出适用于机动目标和平稳目标的迭代相干积累自聚焦(ICSA)算法,PGA算法是ICSA算法的一个特例;然后,本文讨论机动目标的成像,它实际上是一个瞬时谱估计问题,已有的一些瞬时成像方法(如联合时频分布方法,Radon-Wigner方法)只适用于散射点子回波 基于实测数据的雷达成像方法研究 为线性调频信号(多普勒分布为直线)。针对多普勒分布为非直线的情况,我 们提出用自适应窗短时chirplet分解方法估计信号的瞬时频率和瞬时幅度,并 结合“洁净”技术,提出了快速自适应窗短时chirplet分解成像(ACDD算法。 实测数据的处理表明本章提出ICSA算法和ACDI算法是有效的。 令第四章研究舰船目标的ISAR成像。有关飞机目标的ISAR成像国内已有较深 入的研究,对水面舰船的雷达成像在国防上同样有重要意义,但国内对舰船 的ISAR成像的研究,基本上为空白状态。虽然舰船成像与飞机成像在基本 原理上没有区别,但由于海水的波动,使舰船的姿态变化比较复杂,有必要 作专门的研究。第四章利用外场实测数据,针对舰船运动的特殊性,提出基 于“Clean”的调幅·线性调频(AM一LFM)信号参数估计的方法,获得舰船目标 的距离。瞬时多普勒动态像。 令第五章研究一维高分辨距离像的特性。由前第二、三、四章可知,工SAR像的 横向为多普勒,高的多普勒分辨率需要长的回波序列,即目标需有一定的转 角,而且当目标机动时,所获得的工SAR像形态各异,给目标识别带来不利。 雷达目标的高分辨一维距离像易于获取,它也包含目标形态的信息,且目标 的机动与否,对其影响不大。但是,一维距离像的可视性是较差的,虽然一 维距离像己将目标按距离分辨单元分割开,但每个分辨单元例还有许多散射 点,该单元回波的复振幅为众多散射点子回波之和。当视角有微小变化时, 虽然各散射点到雷达的距离变化并不大,但相对于微波波长,其相位差的变 化相当大,从而使各分辨单元到复振幅有大的起伏,即一维距离像的方向敏 感性十分敏感。为了能正确利用一维距离像作目标识别,必须利用实测数据 对一维距离像的特性进行研究,并通过预处理得到相对稳定的一维距离像。 令第六章研究基于运动参数估计的窄波束宽幅SAR成像。近年来,国内很多研 究所,先后研制出分辨率为3m x 3m的机载SAR,进行了较多批次的试飞, 录取了一大批数据。但这些试验雷达,载机虽然装备有INS一GPS系统,但并 不对雷达的状态和参数作实时调整,天线上也未装捷联惯性测量组件(IMU), 从而导航仪器测得的运动参数的精度较低,为作精确的运动补偿,运动参数 需要从实测数据估计得到。本第六章,利用基于数据的多普勒中心和调频率 估计方法,对运动参数的变化历程作了长时间的精确估计,并提出了新的补 偿和成像方法,可在飞行状态不很理想时,仍能获得好的宽幅图像。
【学位授予单位】:西安电子科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:TN957.52

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