逆合成孔径雷达对海面舰船目标成像技术研究

论文摘要

逆合成孔径雷达（ISAR）是一种高分辨成像雷达,旨在解决运动目标的成像问题,具有重要的军用和民用价值。由于舰船运动的复杂性,如何获得海面舰船目标的高质量图像一直是国内外ISAR领域的研究重点。本文基于舰船目标成像的特点,研究如何实现ISAR对舰船目标的高分辨率成像。研究内容主要包括利用ISAR的技术手段提高弹载合成孔径雷达（SAR）对舰船目标的成像质量,舰船目标ISAR成像面预测,以及基于时频分析的舰船ISAR成像这三个方面。论文第一章首先介绍了ISAR的研究背景、意义及发展状况,然后介绍了ISAR成像的基本原理及ISAR信号处理技术,最后介绍了本文的主要内容。第二章主要研究如何利用ISAR的技术手段来提高弹载SAR对舰船目标的成像质量。根据舰船成像的特点,选择有效的ISAR运动补偿方法对舰船的SAR成像结果进行进一步的处理。仿真结果表明ISAR处理能够有效地抑制由于目标运动引起的图像散焦,改善图像质量。第三章着重研究了舰船目标ISAR成像面预测。根据雷达成像理论,给出了成像面计算的方法,并在此基础上提出了两种成像面预测方法——几何投影法和距离-多普勒映射法。最后通过对比由计算得到的成像面投影和仿真得到的ISAR图像,验证了两种成像面预测方法的正确性。第四章主要研究了利用时频分析方法对舰船目标进行ISAR成像。首先介绍了基于时频分析的ISAR成像原理。然后通过对比几种时频分析方法,得出时频分布级数（TFDS）法及修正平滑伪Wigner-Ville分布（MSPWD）方法具有较好的时频聚集性且能有效抑制交叉项干扰,可以用于非平稳运动目标的ISAR成像。仿真结果表明采用TFDS及MSPWD代替傅里叶变换对舰船进行ISAR成像可以得到清晰的目标瞬时像。第五章对全文的工作进行总结,并指出了下一步需要继续研究的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 ISAR 的国内外研究现状
• 1.3 ISAR 成像基本原理
• 1.4 ISAR 运动补偿与成像技术
• 1.4.1 运动补偿
• 1.4.2 成像技术
• 1.5 本文主要内容
• 第二章 利用ISAR 技术提高弹载合成孔径雷达对舰船目标的成像质量
• 2.1 引言
• 2.2 舰船成像的特点
• 2.3 ISAR 运动补偿算法选择
• 2.3.1 距离对准算法选择
• 2.3.1.1 全局最小熵距离对准算法
• 2.3.2 相位补偿算法选择
• 2.3.2.1 相位梯度自聚焦算法
• 2.4 舰船成像仿真
• 2.4.1 SAR 系统成像几何及参数设置
• 2.4.2 仿真舰船模型
• 2.4.3 仿真结果
• 2.5 本章小结
• 第三章 舰船目标ISAR 成像面预测
• 3.1 引言
• 3.2 成像面分析
• 3.3 有效转动矢量计算
• 3.4 成像面预测
• 3.4.1 几何投影法
• 3.4.2 距离-多普勒映射法
• 3.5 仿真结果
• 3.5.1 有效转动矢量计算举例
• 3.5.2 几何投影法验证
• 3.5.3 距离－多普勒映射法验证
• 3.6 本章小结
• 第四章 基于时频分析的舰船ISAR 成像
• 4.1 引言
• 4.2 基于时频分析的ISAR 成像原理
• 4.3 时频分析方法
• 4.3.1 短时傅里叶变换（STFT）
• 4.3.2 Wigner-Ville 分布（WVD）
• 4.3.3 时频分布级数（TFDS）及其改进
• 4.3.3.1 时频分布级数
• 4.3.3.2 时频分布级数的改进
• 4.3.4 修正平滑伪Wigner-Ville 分布（MSPWD）
• 4.3.5 时频分析仿真举例
• 4.4 基于时频分析的舰船ISAR 成像仿真举例
• 4.5 本章小结
• 第五章 结束语
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文