论文部分内容阅读
逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像技术能够获得非合作目标的形状、大小、结构等细节信息,是解决目标分类和识别的一种重要技术手段。在非合作目标中,机动目标和复杂运动目标是常见的两类目标,其回波数据经过运动补偿后可用多分量多项式相位信号表示。对多分量多项式相位信号进行相关信号处理后进行ISAR成像,成像质量的好坏在很大程度上取决于所用信号处理方法的优劣。为了提高机动目标和复杂运动目标的ISAR成像质量,本文做了相关研究,主要内容概括如下:1、介绍了机动目标和复杂运动目标的ISAR成像原理。在经过运动补偿后,根据这两类目标的运动特点,可用线性调频(Linear Frequency Modulated,LFM)信号描述机动目标的回波数据,立方相位信号(Cubic Phase Signal,CPS)描述复杂运动目标的回波数据。LFM和CPS信号参数估计是ISAR成像的重要步骤,我们对现有的参数估计算法进行了总结和分类,并对其中经典的算法进行了详细介绍。2、针对机动目标,基于中心频率-调频率分布(Centroid Frequency-Chirp Rate Distribution,CFCRD),提出一种ISAR成像技术。CFCRD是一种新的LFM信号参数估计算法,该算法利用快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)和修正变尺度傅里叶变换(Modified Scaled Fourier Transform,MSFT)完成信号能量的积累。CFCRD的优势在于(1)因为MSFT中缩放因子的引入,使得CFCRD可以避免谱模糊问题;(2)冗余信息的使用使得CFCRD具有较高的抗噪声性能。通过对算法性能分析、仿真数据和实测数据处理可知,相比于其他的机动目标ISAR成像算法,基于CFCRD的机动目标ISAR成像算法更适合于实际应用。3、针对复杂运动目标,提出了一种基于修正吕分布(Modified Lv’s Distribution,MLVD)的ISAR成像算法。MLVD定义了一种新的参数化对称自相关函数,对于回波数据经过自相关后产生的线性耦合,MLVD使用Keystone变换进行消除,然后再沿慢时间轴做FFT操作完成信号能量积累。因为Keystone变换可通过基于FFT操作和逆快速傅里叶变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)操作的Chirp-z变换实现,因此MLVD的执行仅需复乘、FFT操作和IFFT操作即可快速完成。因为新的参数化对称自相关函数的使用,使得MLVD相比于其他方法,具有更好的抗噪声性能。在对MLVD的性能进行分析和验证后,提出一种基于MLVD的ISAR成像算法,而且该ISAR成像算法的有效性通过仿真数据和实测数据得到了证实。4、针对复杂运动目标,提出基于修正调频率-二次调频率分布(Modified Chirp Rate-Quadratic Chirp Rate Distribution,M-CRQCRD)和积分型修正调频率-二次调频率分布(Integrated Modified Chirp Rate-Quadratic Chirp Rate Distribution,IM-CRQCRD)的ISAR成像算法,以及一种ISAR成像横向定标算法。在M-CRQCRD中,定义了一种新的参数化对称自相关函数来提高抗噪声性能。对于回波数据经过自相关后产生的非线性耦合,M-CRQCRD利用Keystone变换来消除,然后再沿慢时间轴运用非均匀快速傅里叶变换(Non-uniform Fast Fourier Transform,NUFFT)操作来完成信号能量的积累。因此M-CRQCRD的执行仅需FFT操作、IFFT操作以及NUFFT操作即可快速实现,消除了为完成非均匀采样信号傅里叶变换所需要的搜索步骤。IM-CRQCRD通过对采用不同时延常数的M-CRQCRD进行非相参积累进一步提高了CPS参数估计的抗噪声性能。在对两种算法的性能进行理论分析和实验验证后,提出了基于这两种方法的ISAR成像算法,而且这两种ISAR成像算法的有效性通过仿真数据和实测数据得到了证实。另外对于复杂运动目标,为更好地实现目标识别,提出一种ISAR成像横向距离定标算法。该算法利用CPS参数与目标转动速度之间的关系得到目标转动速度的估计值后,将ISAR图像从距离-多普勒域转化到距离-横向距离域,获得目标的真实尺寸信息。仿真实验证实了其可行性。