复杂运动舰船目标三维InISAR成像算法研究

【摘要】：舰船目标因自身具有体积大和运动复杂的特点,使得采用干涉逆合成孔径雷达(InISAR)成像技术来对其进行三维成像时,雷达接收的目标回波信号在成像时间内变化较为复杂,传统的成像算法对完整孔径回波和稀疏孔径回波两种情况下的舰船目标三维InISAR成像并不适用。因此,本文根据舰船目标回波信号所具有的特点,结合三维InISAR成像算法,分别采用时频分析技术和压缩感知(CS)技术提出了相应的有效算法来实现完整孔径和稀疏孔径回波下舰船目标的三维InISAR成像。本文首先对复杂运动舰船目标在三维成像系统中的回波信号具体形式开展了详细的数学推导;为了提取回波信号中与成像有关的部分,本文分析了三维InISAR成像中各个雷达接收回波的运动补偿和图像配准问题。根据一般目标的三维成像原理,文中阐述了复杂运动舰船目标InISAR三维成像的基本理论。进而,本文推导了长成像积累时间内舰船目标回波信号经运动补偿和图像配准后的具体形式,并分别提出了基于分数阶傅里叶变换(FRFT)和联合互Smethod算法的舰船目标三维InISAR成像技术。然后,针对实际雷达接收回波会存在一定的随机缺失采样(RMS)和块缺失采样(GMS)的情况,本文研究了适用于稀疏孔径回波的运动补偿算法,包括基于全局平均一维距离像熵最小的包络对齐算法和最小熵相位校正算法、快速最小熵相位校正算法和特征向量相位校正算法;同时,本文采用联合最小熵相位校正算法来实现稀疏孔径回波的图像配准;并提出了舰船目标在成像时间内近似平稳运动时的稀疏孔径三维InISAR成像算法。最后,针对块缺失回波是由几个短孔径回波数据块拼接而成的情况,本文先对单孔径回波进行讨论。当雷达接收短孔径回波时,目标的成像积累时间较短,本文结合贝叶斯类压缩感知技术,提出了基于对数拉普拉斯先验的贝叶斯算法和变分贝叶斯算法的短孔径回波舰船目标三维InISAR成像技术;针对随机缺失和块缺失的长成像时间内的回波,本文先用梯度下降算法来对缺失回波进行稀疏重构,再结合参数估计算法来完成对稀疏孔径下舰船目标的三维InISAR成像。