自旋目標(biāo)運(yùn)動(dòng)成像與靜止目標(biāo)凝視成像方法及關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、自旋目標(biāo)（Spinning Targets）與靜止目標(biāo)(Static Targets)的高分辨率成像是傳統(tǒng)靜止平臺(tái)成像雷達(dá)（ISAR）所難以解決的兩個(gè)問題，其主要原因在于，自旋目標(biāo)與平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相比除了目標(biāo)整體運(yùn)動(dòng)外還存在著高速的自旋運(yùn)動(dòng)，這會(huì)引起成像時(shí)間內(nèi)散射點(diǎn)距離像與多普勒被正弦函數(shù)所調(diào)制，從而導(dǎo)致傳統(tǒng)的距離多普勒方法失效；而靜止目標(biāo)在成像時(shí)間內(nèi)與雷達(dá)之間不存在任何的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，從而無法構(gòu)造出傳統(tǒng)高分辨率成像雷達(dá)所需的合成孔徑。因此，

2、研究靜止雷達(dá)對(duì)這兩類目標(biāo)的高分辨率成像問題對(duì)于開拓成像雷達(dá)的全新應(yīng)用對(duì)象與使用場(chǎng)景具有重要意義。
　　 對(duì)于自旋目標(biāo)的成像問題，論文在深入分析了目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)模型以及自旋運(yùn)動(dòng)對(duì)散射點(diǎn)回波的調(diào)制特性的基礎(chǔ)上，得到了兩種解決思路：
　　 其一，對(duì)于在成像時(shí)間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過數(shù)個(gè)周期的自旋目標(biāo)，可以在估計(jì)出目標(biāo)自旋轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，對(duì)目標(biāo)的自旋運(yùn)動(dòng)分量進(jìn)行消除，再利用距離多普勒的方法對(duì)目標(biāo)進(jìn)行ISAR 成像?；谠撍悸?，論文首次提出了基于慢時(shí)

3、間重采樣的ISAR成像方法，在轉(zhuǎn)速精確估計(jì)的條件下獲得了良好的成像結(jié)果。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)速估計(jì)存在誤差時(shí)，上述方法成像的結(jié)果會(huì)產(chǎn)生越分辨單元現(xiàn)象，因此論文提出基于Keystone 變換與距離-瞬時(shí)多普勒的重采樣ISAR 成像方法，在轉(zhuǎn)速估計(jì)存在誤差的情況下，仍能獲得自旋目標(biāo)的清晰圖像。
　　 其二，與上述消除目標(biāo)自旋分量的想法不同，由于自旋運(yùn)動(dòng)對(duì)目標(biāo)的距離像具有正弦調(diào)制作用，因此可以對(duì)目標(biāo)的自旋分量加以利用，即對(duì)目標(biāo)高分辨距離像進(jìn)行投

4、影匹配實(shí)現(xiàn)自旋目標(biāo)的高分辨率成像?；谠撍悸?，論文提出了基于瞬時(shí)HRRP的極坐標(biāo)匹配成像方法，通過構(gòu)造目標(biāo)回波的時(shí)頻分布瞬時(shí)切片消除了脈內(nèi)自旋運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的距離色散現(xiàn)象，進(jìn)而通過極坐標(biāo)匹配的方法實(shí)現(xiàn)了自旋目標(biāo)成像。然而，當(dāng)真實(shí)目標(biāo)的散射點(diǎn)在大轉(zhuǎn)角下發(fā)生遮擋和起伏等非線性效應(yīng)時(shí)，會(huì)導(dǎo)致回波距離像包絡(luò)的局部不完整性，從而造成上述方法成像聚集性變差和虛假點(diǎn)的出現(xiàn)。因此論文基于空間映射的思想，應(yīng)用RBF網(wǎng)絡(luò)擬合發(fā)生遮擋效應(yīng)后未知的空間映射過程，并通

5、過OMP算法對(duì)RBF 網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行學(xué)習(xí)訓(xùn)練，在散射點(diǎn)發(fā)生遮擋的情況下依然可以有效的反演目標(biāo)圖像。
　　 上述成像方法均要求高精度的轉(zhuǎn)速估計(jì)技術(shù)作為支撐。自旋目標(biāo)的窄帶雷達(dá)回波是多分量的SFM 信號(hào)，對(duì)其頻譜的周期性進(jìn)行檢測(cè)即可估計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速?；谏鲜鲂再|(zhì)，論文首次定義了平均幅度和（AMSF）函數(shù)對(duì)信號(hào)功率譜進(jìn)行周期檢測(cè)，在較低的信噪比下取得了較高的轉(zhuǎn)速估計(jì)精度。當(dāng)目標(biāo)同時(shí)存在機(jī)動(dòng)和自旋運(yùn)動(dòng)時(shí)，其窄帶回波是多分量線性-正弦混合調(diào)頻（LS

6、FM）信號(hào)，對(duì)其時(shí)頻相關(guān)函數(shù)的周期進(jìn)行檢測(cè)即可估計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速。論文證明了Wigner-Ville分布的交叉項(xiàng)對(duì)其相關(guān)函數(shù)的周期性沒有影響，提出了基于Wigner-Ville分布相關(guān)函數(shù)的估計(jì)方法，相比線性時(shí)頻分布可以獲得更好的估計(jì)效果。但是，由于自相關(guān)函數(shù)的相位缺失性，上述方法應(yīng)用于對(duì)稱目標(biāo)時(shí)存在估計(jì)模糊的問題。論文首次提出了基于STFT 加權(quán)的偽Wigner-Ville 變換方法分析回波的微多普勒，在擁有較高時(shí)頻分辨率的同時(shí)有效抑制了交

7、叉項(xiàng)的影響。并在時(shí)頻面上采用正弦Radon 變換的方法對(duì)微多普勒參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)稱目標(biāo)的轉(zhuǎn)速解模糊處理。
　　 與運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相比，靜止目標(biāo)與位于靜止平臺(tái)上的雷達(dá)之間不存在任何相對(duì)運(yùn)動(dòng)，無法構(gòu)造運(yùn)動(dòng)成像所需要的合成孔徑。基于時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場(chǎng)的凝視成像是一種對(duì)靜止目標(biāo)成像的全新雷達(dá)體制，其基本思想是通過構(gòu)造時(shí)空兩維隨機(jī)的輻射場(chǎng)照射靜止目標(biāo)，使得雷達(dá)所接收的散射場(chǎng)是時(shí)不變的目標(biāo)散射特性對(duì)時(shí)變隨機(jī)輻射場(chǎng)的空間調(diào)制，并且雷達(dá)波束內(nèi)包

8、含的目標(biāo)可辨識(shí)信息與時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場(chǎng)的信息豐富程度成正比變化。
　　 由于輻射場(chǎng)具有時(shí)空兩維隨機(jī)變化的特性，因此該方法所要求的成像處理技術(shù)也與傳統(tǒng)雷達(dá)不同，需要聯(lián)合利用接收到的散射場(chǎng)信息以及已知的時(shí)空兩維隨機(jī)輻射場(chǎng)進(jìn)行關(guān)聯(lián)處理，進(jìn)而重構(gòu)出目標(biāo)圖像。論文分別分析了理想隨機(jī)輻射場(chǎng)與非理想隨機(jī)輻射場(chǎng)的一階時(shí)空非相關(guān)性與部分相關(guān)特性，針對(duì)不同的輻射場(chǎng)相關(guān)性條件提出了不同的解決方法。針對(duì)輻射場(chǎng)的一階時(shí)空非相關(guān)性，論文提出了一階關(guān)聯(lián)處理的