自旋目標(biāo)運(yùn)動成像與靜止目標(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)靜止平臺成像雷達(dá)（ISAR）所難以解決的兩個問題，其主要原因在于，自旋目標(biāo)與平穩(wěn)運(yùn)動目標(biāo)相比除了目標(biāo)整體運(yùn)動外還存在著高速的自旋運(yùn)動，這會引起成像時間內(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)在成像時間內(nèi)與雷達(dá)之間不存在任何的相對運(yùn)動，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)對這兩類目標(biāo)的高分辨率成像問題對于開拓成像雷達(dá)的全新應(yīng)用對象與使用場景具有重要意義。
　　 對于自旋目標(biāo)的成像問題，論文在深入分析了目標(biāo)的運(yùn)動模型以及自旋運(yùn)動對散射點(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，對于在成像時間內(nèi)旋轉(zhuǎn)過數(shù)個周期的自旋目標(biāo)，可以在估計出目標(biāo)自旋轉(zhuǎn)速的基礎(chǔ)上，對目標(biāo)的自旋運(yùn)動分量進(jìn)行消除，再利用距離多普勒的方法對目標(biāo)進(jìn)行ISAR 成像?；谠撍悸?，論文首次提出了基于慢時

3、間重采樣的ISAR成像方法，在轉(zhuǎn)速精確估計的條件下獲得了良好的成像結(jié)果。然而，當(dāng)轉(zhuǎn)速估計存在誤差時，上述方法成像的結(jié)果會產(chǎn)生越分辨單元現(xiàn)象，因此論文提出基于Keystone 變換與距離-瞬時多普勒的重采樣ISAR 成像方法，在轉(zhuǎn)速估計存在誤差的情況下，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)動對目標(biāo)的距離像具有正弦調(diào)制作用，因此可以對目標(biāo)的自旋分量加以利用，即對目標(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。基于該思路，論文提出了基于瞬時HRRP的極坐標(biāo)匹配成像方法，通過構(gòu)造目標(biāo)回波的時頻分布瞬時切片消除了脈內(nèi)自旋運(yùn)動產(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，會導(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，對其頻譜的周期性進(jìn)行檢測即可估計目標(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)對信號功率譜進(jìn)行周期檢測，在較低的信噪比下取得了較高的轉(zhuǎn)速估計精度。當(dāng)目標(biāo)同時存在機(jī)動和自旋運(yùn)動時，其窄帶回波是多分量線性-正弦混合調(diào)頻（LS

6、FM）信號，對其時頻相關(guān)函數(shù)的周期進(jìn)行檢測即可估計目標(biāo)轉(zhuǎn)速。論文證明了Wigner-Ville分布的交叉項(xiàng)對其相關(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)的估計方法，相比線性時頻分布可以獲得更好的估計效果。但是，由于自相關(guān)函數(shù)的相位缺失性，上述方法應(yīng)用于對稱目標(biāo)時存在估計模糊的問題。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，在擁有較高時頻分辨率的同時有效抑制了交

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

8、含的目標(biāo)可辨識信息與時空兩維隨機(jī)輻射場的信息豐富程度成正比變化。
　　 由于輻射場具有時空兩維隨機(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信息以及已知的時空兩維隨機(jī)輻射場進(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)輻射場與非理想隨機(jī)輻射場的一階時空非相關(guān)性與部分相關(guān)特性，針對不同的輻射場相關(guān)性條件提出了不同的解決方法。針對輻射場的一階時空非相關(guān)性，論文提出了一階關(guān)聯(lián)處理的