【摘要】：雷達三維成像可以采用雷達平臺與目標相對運動形成的合成孔徑(逆合成孔徑)和實孔徑相結(jié)合的方式來實現(xiàn)。本文研究一種線陣ISAR三維成像的系統(tǒng),三維線陣ISAR,傳統(tǒng)二維ISAR實質(zhì)上將三維目標投影到距離-方位平面上,在線陣三維ISAR中,當線陣方向垂直于二維成像平面時,通過線陣天線獲取目標回波,通過線陣信號處理等相關(guān)知識即可以重構(gòu)出目標在該方向上的散射信息。對目標進行三維成像可以提高在軍事中目標跟蹤,目標識別的作用。考慮到在實際工作時,線陣可能的非均勻排布,目標具有稀疏特性,本文重點研究在線陣非均勻排布時的ISAR三維成像方法,還需要研究提高成像效果的算法。具體研究內(nèi)容如下。本文首先介紹了ISAR成像原理,研究并分析了線陣ISAR三維成像的基本工作方式,在轉(zhuǎn)臺運動模型的基礎(chǔ)上通過線陣的排布來實現(xiàn)三維成像,理論分析了在三個維度的分辨率,可知線陣三維ISAR在線陣向上的分辨率與雷達波長,目標高度以及線陣長度有關(guān),當線陣長度越長時,分辨性能越好。利用投影切片理論證明了通過線陣與傳統(tǒng)ISAR相結(jié)合來實現(xiàn)三維數(shù)據(jù)采集與成像的可行性。最后研究一種三維成像算法,基于匹配濾波技術(shù)的三維ISAR成像算法,研究在不同線陣長度下的三維成像效果,驗證了三維成像的可行性,并且通過設(shè)定不同陣元數(shù)目分析了系統(tǒng)在線陣方向上對目標的分辨性能。研究了線陣收發(fā)模式,根據(jù)等效相位中心原理,不同的收發(fā)模式線陣都可以等效成收發(fā)共用的等效虛擬線陣,在后面的仿真中,考慮的線陣中的陣元就是收發(fā)共用陣元。根據(jù)角度估計的空間奈奎斯特定理,線陣間距過大時會出現(xiàn)虛假成像,構(gòu)造兩種非均勻線陣,通過分析驗證其可以抑制虛假成像。在第2章研究了線陣ISAR三維成像的基本工作方式與成像方法,在此基礎(chǔ)上研究利用一種迭代自適應(yīng)譜估計算法來進行非均勻線陣ISAR三維成像,進行仿真并進行結(jié)果對比。在第3章研究的非均勻線陣排列的基礎(chǔ)上,介紹幾種壓縮感知重構(gòu)算法,研究了信號的稀疏性表示,分析了利用壓縮感知理論進行線陣ISAR三維成像的可行性,研究了基于壓縮感知算法的非均勻線陣ISAR三維成像,進行仿真實驗驗證可行性,對比幾種壓縮感知算法在成像過程中的性能。
【圖文】：

美國海軍部門的 James A. Given 和 William R. Schmidt 介式下的 InISAR 成像方法[21,22]。其中一種是目標滾動多普勒為主位多普勒為主。這兩種多普勒回波分別是由于艦船的滾動角和方來的。國內(nèi)，關(guān)于利用雙天線的 InISAR 來對目標測高并獲取三維圖像的進展，在上世紀 90 年代末，有一些國內(nèi)的學者和研究機構(gòu)對此做。北京航空航天大學的許小劍研究了 InISAR 三維成像技術(shù)在復雜射特性分析和建模中的應(yīng)用[23]。(a)測量配置 (b)飛機模型

陣列與雷達三維成像相結(jié)合的技術(shù)可以直接利用雷達陣列與 SAR 或 ISA照一定工作方式來直接獲取三維目標所有散射點的反射回波，這種成像技前主要是應(yīng)用在 SAR 上，如陣列下視三維 SAR。1996 年，B.R.Mahafza 等人提出了陣列三維 SAR 的概念[32]，利用陣列與的橫向運動形成等效二維面陣，可以實現(xiàn)對目標的三維成像。1999 年，，陣視三維成像的概念第一次被 Gierull 提出，并且采用單頻雷達信號進行了驗驗[33]。2004 年，法國 ONERA 的 R.Giret 采用了 LFM 信號，研究了在無人臺上的毫米波三維成像系統(tǒng)[34]，基于該研究的成像技術(shù)，在 2005 年設(shè)計了 DRIVE 系統(tǒng)[35]。在 2006 年，德國的 FGAN-FHR 研究了利用稀疏陣列飛機的機底觀測以及進行三維成像的系統(tǒng) ARTINO[36,37]，該系統(tǒng)采用的陣發(fā)模式是多發(fā)多收且收發(fā)分置的方式，可以等效為均勻的相位中心，雷達 LFM 信號，系統(tǒng)工作在 Ka 波段，雷達陣列安置在小型無人機上。2010 年，系統(tǒng)進行首次實驗，系統(tǒng)平臺為一重約 25Kg 的無人機，共有 40 個發(fā)射位于無人機機翼兩端，36 個接收陣元均勻分布在機翼中間，裝備的飛行高為 200m，飛行速度為 15m/s，對地面反射目標進行成像，系統(tǒng)如圖 1-2 所示
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN957.52

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本文編號：2604419