【摘要】：雷達成像技術(shù)作為一種主動式的微波遙感測量系統(tǒng),具有全天候、全天時、遠距離作用、高分辨等特點。合成孔徑雷達(Synthetic Aperture Radar,SAR)在戰(zhàn)場偵察、高精度測繪、資源勘察、環(huán)境監(jiān)測等應(yīng)用中扮演著重要的角色,而逆合成孔徑雷達(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)主要應(yīng)用于對空間、空中以及海洋艦船等目標(biāo)成像,兩者極大的提升了微波遙感探測數(shù)據(jù)獲取和信息感知的能力�，F(xiàn)有SAR/ISAR成像技術(shù)的發(fā)展趨勢是廣域觀測和高分辨成像,并由單一功能模式工作向多功能多模式工作、單傳感器雷達到組網(wǎng)雷達協(xié)同工作等方向發(fā)展。同時,隨著應(yīng)用需求的不斷增加,雷達成像數(shù)據(jù)獲取方式日臻多樣化,獲取體制逐步由單天線、單極化、單視角等單一維度向多天線、多極化、多視角等多維度方向發(fā)展。在多維度觀測下,現(xiàn)有雷達體制面臨著海量數(shù)據(jù)存儲/傳輸困難、稀疏孔徑觀測、目標(biāo)參數(shù)估計與信息提取等關(guān)鍵性問題。本文針對現(xiàn)有雷達成像體制遇到的若干瓶頸問題,旨在利用稀疏信號處理方法進行新型雷達高分辨成像算法的研究,用于解決實際應(yīng)用中存在的寬幅成像大數(shù)據(jù)觀測、稀疏孔徑成像、目標(biāo)參數(shù)估計與信息提取等關(guān)鍵性問題。論文圍繞國家“973”計劃課題“稀疏微波成像的理論、體制和方法研究”、國家自然科學(xué)基金重大項目“多維度微波成像基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)”以及國家自然科學(xué)基金“空間目標(biāo)全極化ISAR成像與特征提取研究”等項目的研究任務(wù),著重于稀疏采樣非模糊成像、聯(lián)合高分辨成像與信息提取一體化機制等方面展開研究。論文的具體研究內(nèi)容可以概括為如下幾個方面:(1)穩(wěn)健的ISAR相位自聚焦算法研究我們提出了一種基于稀疏化表征的聯(lián)合ISAR方位成像和相位自聚焦算法,有效提升了在低信噪比下相位自聚焦和成像的性能。通過貝葉斯統(tǒng)計建模,建立稀疏化表征ISAR成像模型,并將初相誤差建模成模型誤差。相應(yīng)的,我們提出了一種改進的擬牛頓算法,進行聯(lián)合相位誤差估計和方位成像求解,并利用方位FFT和矩陣Hardmard乘積操作實現(xiàn)求解的快速化。然后,我們將其擴展到稀疏孔徑觀測的情況,結(jié)合傳統(tǒng)自聚焦算法和基于稀疏優(yōu)化的ISAR成像方法,最終實現(xiàn)高質(zhì)量的非模糊成像。(2)聯(lián)合ISAR成像與方位定標(biāo)算法研究分別針對勻轉(zhuǎn)速和勻加速轉(zhuǎn)動目標(biāo),我們進行了稀疏孔徑ISAR高分辨成像與定標(biāo)算法研究。在勻轉(zhuǎn)速目標(biāo)成像中,基于稀疏化表征技術(shù)我們提出了初相誤差校正、越單元徙動校正和方位稀疏孔徑成像三者聯(lián)合處理,解決稀疏孔徑高分辨成像中存在的運動誤差補償和非模糊成像困難的問題。在勻加速目標(biāo)成像中,通過稀疏優(yōu)化算法基于稀疏孔徑數(shù)據(jù)進行散射中心提取、參數(shù)估計和距離-多普勒成像,然后利用估計的多分集參數(shù)進行目標(biāo)轉(zhuǎn)動參數(shù)估計,實現(xiàn)方位定標(biāo)處理;然后,我們將機動目標(biāo)稀疏孔徑成像算法擴展到ISAR圖像存在越單元徙動的情況,并進行成像模型和算法的改進,有效提升了在低信噪比和低采樣數(shù)據(jù)下的成像性能。(3)InISAR聯(lián)合三維成像與轉(zhuǎn)速估計算法研究我們將單通道機動目標(biāo)稀疏孔徑ISAR高分辨成像算法推廣到InISAR聯(lián)合多通道三維成像。聯(lián)合多通道進行稀疏化表征,相比于單個通道成像,有效提高了散射中心提取、參數(shù)估計和二維成像性能。針對估計的參數(shù)和提取的散射中心存在誤差問題,我們提出了聯(lián)合目標(biāo)三維幾何重構(gòu)和轉(zhuǎn)動參數(shù)估計的優(yōu)化求解算法,有效去除樣本中的“局外點”和估計誤差,實現(xiàn)精確的目標(biāo)三維幾何和轉(zhuǎn)動參數(shù)估計。(4)海洋寬測繪帶成像算法研究基于稀疏化表征,我們研究了單天線SAR寬幅海洋多艦船目標(biāo)成像算法。綜合系統(tǒng)參數(shù)和成像體制設(shè)計,通過控制波束沿距離向掃描,實現(xiàn)寬幅場景觀測,而每個測繪帶對應(yīng)稀疏孔徑觀測。根據(jù)距離方位解耦合原理構(gòu)造回波模擬算子,提出了稀疏非模糊成像算法,成功實現(xiàn)對每個測繪帶的全孔徑分辨成像,多個測繪帶拼接可以獲得無模糊的寬幅海洋SAR圖像。然后,對回波模擬算子性能進行了分析,確保寬幅海洋多艦船目標(biāo)成像具有較高的成功率。(5)InSAR圖像噪聲濾波算法研究針對InSAR圖像幅度存在相干斑和干涉相位存在噪聲特點,我們提出了一種InSAR圖像聯(lián)合幅度和相位噪聲濾波算法。利用稀疏化表征技術(shù)挖掘InSAR圖像的稀疏先驗信息,實現(xiàn)對InSAR圖像聯(lián)合幅度和相位的正則化處理。基于貝葉斯壓縮感知理論,我們進行InSAR成像求解,以同時實現(xiàn)干涉相位噪聲濾波和相干斑抑制,提升了噪聲濾波的性能。然后,我們將單個通道成像算法推廣到InSAR多通道聯(lián)合成像的情況,提高了對通道之間信息的保護能力。
【學(xué)位授予單位】：西安電子科技大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TN957.5

【參考文獻】

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1 王根原,保錚;一種基于自適應(yīng)Chirplet分解的逆合成孔徑雷達成像方法[J];電子學(xué)報;1999年03期

本文編號：2770732