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多分量线性调频信号分析与ISAR成像

张义安  
【摘要】: 逆合成孔径雷达(ISAR)能够全天时,全天候、远距离获得非合作运动目标(如飞机、舰船、卫星等)的精细图像,具有重要的军用和民用价值,因此受到了广泛重视并得到了迅速的发展,而ISAR研究对象也已经从最初的平稳运动目标扩展到各种复杂运动目标,这些复杂运动目标的回波信号通常是非平稳的,很多情况下可以近似为多分量线性调频信号。此时传统的RD算法已不再适用,必须针对目标回波特点,采用合适的时频分析方法,获得目标各散射点正确的时频结构,从而进行成像处理。本文围绕ISAR中出现的几类多分量线性调频信号,主要研究了高速目标、机动目标和多运动目标ISAR成像。 目标的高速运动会导致距离色散现象,产生目标距离像的畸变和ISAR成像的散焦,本文针对高速运动目标回波是调频斜率相同的多分量LFM信号的特点,提出了瞬时距离像的概念,利用短时傅立叶变换(STFT)和最小熵准则消除了高速运动的距离色散效应,通过瞬时距离-多普勒成像处理获得了清晰的ISAR图像。 在飞机一类惰性较大的目标作机动飞行时,在ISAR成像的短时间内,同一距离单元的回波可近似看成多分量线性调频信号的叠加,且调频斜率各不相同。本文先利用局域波分解方法将每个距离单元的回波分解为若干个线性调频信号,然后再进行Wigner-Ville变换(WVT),获取目标的瞬时多普勒谱,进而实现目标的二维成像。该处理方法不仅避免了WVT交叉干扰项的产生,而且在保持WVT的高时频分辨能力的同时减少了计算量。 当多个目标位于同一波束内且在距离上无法分辨时,采用单目标运动补偿方法难以使多个目标同时聚焦,成像质量较差。由于在较短的成像时间内,各目标同一脉内采样点回波近似为调频斜率相同的多分量LFM的叠加,不同目标对应的调频斜率不同,基于以上特点,本文提出两种方法进行回波分离:基于重排的SPWVD(RSPWVD)和Hough变换估计各目标回波参数,进行回波分离;利用局域波分解方法直接将多目标回波分解成各单目标回波信号的组合,最后对各个单目标回波进行ISAR成像,获得了各目标清晰的二维图像。 本文研究了ISAR成像中的多分量线性调频信号,较好地解决了高速目标距离色散、机动目标横向散焦和多目标回波分离等问题,但还有存在较多尚未完善的工作,有待于进一步的深入研究。


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