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微波成像技术及其应用

盛卫星  
【摘要】: 成像雷达是当今雷达发展的一个热点。对雷达成像的结果的研究,即雷达目标散射中心分布的研究,也是雷达目标特性建模工作的一个重要部分。如何尽可能高地改善雷达的分辨率则是雷达成像技术研究中的关键之一。本文围绕实孔径微波成像系统,在提高系统的角度分辨率、二维超分辨处理和基于强散射中心分布的RCS数据压缩等方面进行了研究。本文的主要工作包括以下几个方面: 1.完成实孔径天线二维超分辨成像实验系统一套。该实验系统使用阶跃调频连续波体制,采用距离、方位二维超分辨技术,可对外场全尺寸目标进行二维超分辨成像。 2.针对普通相控阵天线的特点,提出了Walsh-Hadamard相位权重方位超分辨法。这种方法在利用相位权重反演口径幅相分布后,再结合超分辨算法实现方位超分辨。在此基础上,提出了针对相位权重角度超分辨法的雷达目标的运动补偿方法,分析了雷达系统各部件的不理想性对超分辨性能的影响,用Monte Carlo方法对无抖动目标和有抖动目标在不同信噪比下的方位估计误差和方位超分辨的信噪比门限进行了仿真计算,并将结果同波束空间MUSIC方法及Cramer Rao限进行了比较。结果表明,在雷达的脉冲重复周期同目标的抖动相比足够小的情况下,相位权重法可以取得较好的方位分辨率和较高的测角精度。本文还将该技术应用于905岸防相控阵雷达,在该雷达上做了验证试验。试验结果表明,在15dB的信噪比下,方位分辨率的改善因子可以达到2。 3.针对实孔径天线的特点,提出了角度权重方位超分辨法。这种方法利用等效口径分布等化结合超分辨算法实现方位超分辨。应用这种方法时只需做常规的角度扫描,通过对不同角度下接收机的输出信号进行采样,然后用口径等化方法消除天线本身幅相权重,得到目标反射回波在一个虚拟的均匀直线阵各阵元上干涉的幅相值,再利用超分辨算法对目标的方位信息进行超分辨空间谱估计。实验结果表明,在15dB的信噪比下,采用角度权重方位超分辨技术可以使方位分辨率的改善因子达到1.8以上。本文还将该技术在LLQ09型哨所雷达做了验证试验。试验结果表明,采用角度权重技术可将方位分辨率由9°提高到优于4°。 4.对时序测相方法的测相精度进行了改进研究,提出了混合方法修正和幅度自动平衡等改进方法。实际测试表明,改进后的时序测相方法对所有可能的被测相位的最大测相误差小于±1.5°。 5.提出了阈值DFT(TDFT)算法用于实现基于雷达目标强散射中心分布的RCS数据压缩。并在此基础上探讨了优化分段等进一步提高数据压缩比的措施。同CLEAN法和矩阵束法相比,TDFT法在压缩率、重构误差与它们相当的情况下, 计算量要小得多。


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