高分辨ISAR成像及定標技術(shù)研究.pdf

1、逆合成孔徑雷達(Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR)成像技術(shù)具有遠距離探測、全天候、全天時工作的特點，有效的提升了雷達數(shù)據(jù)獲取和信息感知的能力，被廣泛應用于軍事和民用領(lǐng)域。
　　隨著應用需求的不斷增加，ISAR成像技術(shù)逐漸從粗分辨率向高分辨率成像，從單天線、單極化向多天線多極化等多維度成像，從單傳感器到多傳感器協(xié)同處理等方向發(fā)展。并且，隨著雷達系統(tǒng)和相控陣技術(shù)的不斷發(fā)展，現(xiàn)代多功能ISAR

2、在具有高分辨成像能力的同時，還要具有廣域觀測、多目標跟蹤和定標的能力。然而，在實際成像中，對單個目標而言，用于寬帶成像的時間和資源是有限的，通常會導致方位孔徑較短或稀疏不連續(xù)等問題。因此，結(jié)合現(xiàn)代雷達寬帶體制和成像應用的發(fā)展特性，對ISAR精確的相位誤差補償、高分辨成像和定標技術(shù)的研究將有利于雷達成像和目標識別能力的提升。
　　在不增加現(xiàn)有雷達系統(tǒng)復雜度的前提下，本文旨在研究利用稀疏信號處理方法來提高雷達成像的分辨率、穩(wěn)健性、及應

3、用的靈活性。研究內(nèi)容主要針對ISAR方位定標、稀疏孔徑運動補償和多通道三維高分辨成像三個關(guān)鍵問題。論文圍繞國家“973”計劃課題“稀疏微波成像的理論、體制和方法研究”、國家自然科學基金“空間目標全極化ISAR成像與特征提取研究”以及國家自然科學基金“基于壓縮感知信號重構(gòu)的空時稀疏ISAR成像技術(shù)”等項目，對高分辨ISAR成像和定標技術(shù)進行研究。
　　論文的主要內(nèi)容可概括如下:
　　第一部分是本文的基礎理論，為后續(xù)章節(jié)的工作提

4、供了必要的知識儲備。主要介紹ISAR的基本成像原理，總結(jié)和歸納了傳統(tǒng)的ISAR成像處理方法，并圍繞壓縮感知理論的三個要素，介紹了基于壓縮感知的高分辨ISAR成像算法。
　　第二部分研究低信噪比短孔徑ISAR方位定標算法。針對低信噪比短孔徑觀測下的ISAR成像及應用，提出一種有效的ISAR方位定標算法。在不同觀測視角下，分析了兩幅ISAR圖像間存在的關(guān)系?；贗SAR圖像的稀疏特征，首先，利用加權(quán)壓縮感知實現(xiàn)高分辨成像，保證強散射中

5、心高精度恢復的同時有效地抑制噪聲。然后，根據(jù)二維傅里葉變換和極坐標映射的特性，利用極坐標圖像間的相關(guān)性對轉(zhuǎn)動角速度進行初估計。最后，利用加權(quán)壓縮感知對相關(guān)函數(shù)峰值位置進行精確估計，提高了估計精度和效率，從而實現(xiàn)ISAR圖像的方位定標。
　　第三部分研究稀疏孔徑ISAR相位自聚焦和高分辨成像算法。針對孔徑觀測稀疏下的ISAR回波信號，提出一種基于加權(quán)特征向量的稀疏孔徑ISAR相位自聚焦算法。首先，利用歸一化幅度方差準則進行距離單元樣

6、本選擇。然后，分析各個距離單元回波信號的信噪比(Signal Noise Ratio，SNR)水平，通過對特顯點樣本數(shù)據(jù)增加不同的權(quán)值，使得具有高SNR特性的距離單元樣本在估計中占較大的比重，有效地增大了信號的作用同時抑制了噪聲的影響。為確保相位誤差估計的精度，以迭代的方式對多普勒頻移和相位誤差進行估計和補償。最后，根據(jù)貝葉斯壓縮感知理論，利用最大后驗概率估計法，推導出基于稀疏約束的ISAR超分辨成像模型，實現(xiàn)稀疏孔徑觀測下ISAR信號

7、的高精度重建。
　　第四部分研究基于聯(lián)合稀疏約束的干涉ISAR(Interferometric ISAR，InISAR)三維成像算法。InISAR能夠獲取機動目標的三維圖像，但長時間觀測下機動目標的多普勒譜是時變的，因而影響目標三維圖像的質(zhì)量。因此，針對短相干處理時間內(nèi)的機動目標，利用ISAR圖像的稀疏性，提出一種基于多通道聯(lián)合稀疏約束的InISAR三維成像算法。首先，對平動分量中的包絡偏移和相位誤差進行統(tǒng)一補償。接著，對來自不同