空間快速機(jī)動(dòng)小目標(biāo)ISAR成像算法研究.pdf

1、遠(yuǎn)距離機(jī)動(dòng)小目標(biāo)/隱身目標(biāo)逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像在國防空間目標(biāo)監(jiān)視領(lǐng)域具有重要作用。在對(duì)空間快速機(jī)動(dòng)小目標(biāo)/隱身目標(biāo)進(jìn)行ISAR成像過程中，由于空間目標(biāo)尺寸小/隱身特性且目標(biāo)與雷達(dá)的作用距離遠(yuǎn)，導(dǎo)致接收的回波信號(hào)具有信噪比(SNR)低和方位多普勒頻率時(shí)變等問題；使得傳統(tǒng)的基于傅里葉變換的距離-多普勒(RD)成像算法獲得的ISAR圖像出現(xiàn)散焦和拖尾，難以識(shí)別。因此

2、，如何在低信噪比下實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)成像已成為近年來國內(nèi)外研究的熱點(diǎn)和難點(diǎn)問題。而且，由于機(jī)動(dòng)目標(biāo)的雙面體和三面體構(gòu)件或目標(biāo)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致散射點(diǎn)存在越距離單元走動(dòng)，導(dǎo)致的回波信號(hào)幅度具有時(shí)變特性，給ISAR成像算法設(shè)計(jì)帶來進(jìn)一步的挑戰(zhàn)。本文圍繞上述存在的問題展開研究，主要的研究內(nèi)容和創(chuàng)新點(diǎn)如下：
　?、儆捎趥鹘y(tǒng)的時(shí)頻分析方法存在交叉項(xiàng)抑制與時(shí)頻高分辨率相互制約的問題，導(dǎo)致基于時(shí)頻分析的機(jī)動(dòng)目標(biāo)ISAR成像算法難以獲得清晰高分辨的ISAR

3、圖像。本文提出了一種基于同步擠壓變換(Synchrosqueezing transformation，SST)的機(jī)動(dòng)目標(biāo)高分辨ISAR成像方法。首先把平動(dòng)補(bǔ)償后的距離門回波信號(hào)建模為多成分多項(xiàng)式相位信號(hào)(Polynomial phase signal, PPS)，然后利用SST對(duì)多成分PPS進(jìn)行時(shí)頻分析，得到的回波信號(hào)時(shí)頻分布具有高的時(shí)頻聚集性且不帶來任何交叉項(xiàng)，且沿某一方位時(shí)刻取切片即可得到機(jī)動(dòng)目標(biāo)的高分辨ISAR圖像。最后，計(jì)算機(jī)仿

4、真和實(shí)測數(shù)據(jù)驗(yàn)證了提出算法的有效性。
　　②針對(duì)已有的參數(shù)估計(jì)方法在低信噪比下無法實(shí)現(xiàn)對(duì)多成分 PPS信號(hào)參數(shù)的準(zhǔn)確估計(jì)，本文通過挖掘同時(shí)利用 PPS信號(hào)的幅度和相位信息，提出了一種相干積累的三次相位函數(shù)(CPF)來提高輸出信噪比，及抑制交叉項(xiàng)和虛假偽峰；有效的解決了傳統(tǒng)的參數(shù)估計(jì)方法在低信噪比情況下難以完成對(duì)多成分 PPS信號(hào)的參數(shù)估計(jì)問題，并通過引入非均勻快速傅立葉變換(NUFFT)來降低算法計(jì)算復(fù)雜度。最后，給出一種機(jī)動(dòng)目標(biāo)

5、的高分辨ISAR成像方法，計(jì)算機(jī)仿真結(jié)果驗(yàn)證了提出算法的有效性。
　　③在機(jī)動(dòng)目標(biāo)存在雙面體和三面體構(gòu)件或復(fù)雜運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致散射點(diǎn)存在越距離單元走動(dòng)時(shí)，現(xiàn)有的恒定幅度QFM信號(hào)模型無法準(zhǔn)確描述機(jī)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)的幅度時(shí)變特性，本文采用更精確的回波信號(hào)模型多成分調(diào)幅—平方調(diào)頻(AM-QFM)信號(hào)，即把平動(dòng)補(bǔ)償后各距離單元的回波信號(hào)建模為多成分幅度時(shí)變的QFM信號(hào)；并提出一種低信噪比下AM-QFM信號(hào)參數(shù)估計(jì)方法。相比于現(xiàn)有的基于恒定幅度模型