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逆合成孔径雷达成像方法的实验研究

罗琳  
【摘要】: 逆合成孔径雷达(ISAR)作为一种新型的雷达体制,具有很高的距离和方位分 辨力,能够对运动目标成像。近十几年来,ISAR成像理论和技术有了很大发展, 并逐步应用于实际系统。本文针对实测ISAR目标回波数据的成像过程中所遇到的 实际问题展开研究和讨论。 ISAR成像利用目标与雷达的相对转动进行横向成像,传统的距离-多普勒的 成像方法,理论上要求目标转动符合匀速转动模型,对于平稳飞行的飞机,一般其 转动能够满足理论模型。但如果飞机是非平稳飞行,其转动有可能不满足匀速转动 模型,这时采用传统方法无法得到理想的成像结果。本文首先通过不同质量的成像 结果的对比,利用时频分析方法对回波信号进行分析,在运动补偿较好时,飞机相 对雷达的非均匀转动是导致成像结果变坏的主要原因。本文的主要工作就是研究实 际目标的复杂运动对ISAR成像的影响并提出有效的成像算法。 飞机飞行轨迹拐点处的运动比较复杂,故本文从对拐点附近的飞机数据进行分 析出发,对比飞机不同距离单元回波信号的时频分布图,发现此时目标转动不满足 平面匀速转动模型,为三维转动。针对三维转动目标,我们建立了对应的目标多维 转动模型,并在此基础上对目标的偏转、俯仰、侧摆以及合成转动对成像的影响进 行了公式推导和理论分析,并用仿真结果和实测数据结果进行了验证。在飞机非平 稳飞行中,目标三维转动使得ISAR成像平面在成像期间发生变化,导致投影到成 像平面上的成像结果也发生变化,这种变化会使得目标模糊,质量下降。 对于机动飞行目标进行成像,由于目标散射点回波的多普勒频率是变化的,并 且变化规律复杂,在这种情况下,采用基于傅氏变换的传统成像方法无法得出好的 结果,本文根据此时目标散射点回波信号为非平稳信号的特点,利用时频分析方法 分析机动飞行目标的回波信号,提出有效的成像方法。我们主要分两个部分进行讨 论:先讨论散射点回波多普勒分布为直线的情况,这可以归结为对多个线性调频信 号的分析,本文提出采用时频分析方法中的Radon-Wigner变换的方法对多个线性 调频信号的交叉项进行抑制,可以得到具有较高时频分辨率,且无交叉项的多线性 调频信号的时频分布,采用此方法对目标的回波进行处理,从时频分布的切片得到 的瞬时成像结果清晰,成像质量比传统成像方法有很大改善;之后,讨论散射点回 波为非直线的情况,而这也可以归结为对多个非线性调频信号的分析,本文采用一 -4-西安电子科技大学博土沦文 种引入重排算法的珊时频分析方法,对相交信号的重珊行了较深入的分析和讨 论,为减小信号交点处的重排误差,我们提出根据不同形式的倚号来选择核函数的 宽度的原则。利用这种栅的时频分布对目标回删行分析,信号交叉项被抑制, 信号集聚度大大提高,在成陇程中,得到瞬时成鹏果质量改菩非常明显。可以 看到,通过本文的研肛作,对于机动飞行目标成像,我们基本上能棚到比较满 意的成像结果。 本文前面主耍脱的是高分辨的侣AR成像问囹,在后面内容中,我们对低分 辨雷刎目标的分辨问题进行了讨论,通过理论推导和实测数据结果的分折,我们 得出:采用低分辨雷达的回波数据,不可能对目标进行槽向成像,不过通过对阴时 频率的补偿,可以使得单目标谱变窄,因而有可能对编队飞行飞机作多普勒分辨。 对编队飞机的架次识别间题我们进行了初步讨论,利用前面我们在对复杂运动目标 成像中提出利用Radon-Wigner变换抑制多线性娜信号交叉项的方法,对实测编 队飞行飞机回波进行了处理,可以得到比校好的分辨结果。 论文的最后为工作总结,在简要回顾论文的基础上,对ISAR成像存在的问固 和发展提出了粗浅的看法。 本文工作的主要目的就是要解决我们在将ISAR成像技术应用于实际硼到的 一些问题,这些工作在一定程度伍只能算是初步的和阶段性的工作,实际应用中 还有不少问题有待于进行更深人的研究。


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