临近空间艇载圆扫ISAR舰船目标成像方法研究

发布时间：2020-04-10 04:40

【摘要】：随着临近空间飞艇技术的快速发展,发展艇载海洋监视雷达具有重要意义。由于飞艇常处于“准悬停”状态,巡航时的速度通常也较慢,适合于采用逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)技术对舰船等目标进行成像。由此,本文提出了一种适合于临近空间艇载雷达的工作模式—圆扫ISAR模式,该模式可充分发挥临近空间飞艇覆盖范围大、可较长时间进行“凝视”观测的优点,能在较短的时间内获得所关注的大面积区域内多个目标的ISAR图像。针对目前国内外还没有公开的临近空间艇载雷达实测数据的现状,研究了临近空间艇载ISAR的参数设计、回波模拟等问题。为使所模拟的回波接近真实情况,研究了海杂波的模拟方法,在舰船的运动模型方面采用的是三维余弦转动模型。在上述内容的基础上,研究了临近空间艇载ISAR的成像方法。经研究发现,传统的RD成像方法在天线旋转速度较慢时仍可取得较好的成像效果,但在天线旋转速度较快时成像质量差。这主要是由于天线的快速旋转使得成像积累时间短,从而造成目标的方位分辨率低。为此,研究了基于压缩感知的艇载圆扫ISAR超分辨率成像方法。首先研究了均匀转速条件下的压缩感知信号模型及成像算法,可适用于成像积累时间非常短的情况。当成像积累时间的长度超过了均匀转速模型的适用条件时,上述模型及算法的成像质量不佳。为此,又研究了非均匀转速条件下的压缩感知信号模型及成像算法。由于圆扫ISAR模式下积累时间通常不长,为此在建立非均匀转速条件下的压缩感知信号模型时采用了匀加速转动的假设。针对临近空间艇载ISAR的参数设计、回波模拟、目标成像等问题,分别开展了相关的仿真实验。仿真结果验证了RD算法可应用于天线旋转速度较慢的情况,还验证了当天线旋转速度较快时采用基于压缩感知的成像算法能取得较好的成像质量。当天线旋转速度特别快时,可采用均匀转速条件下的压缩感知信号模型及成像算法,算法简单,处理效率更高。当成像积累时间长度超过均匀转速模型的适用条件时,应采用非均匀转速条件下的压缩感知信号模型及成像算法。
【图文】：

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图(c) 对第 3 只船进行 ISAR 成像图(d) 对第 4 只船进行 ISAR 成像图 1-2 圆扫 ISAR 对多个目标依次成像示意图Figure 1-2 Schematic diagram of imaging multiple targets using circular scanning ISAR1.2 课题国内外研究现状1.2.1 艇载圆扫 ISAR 参数设计研究现状飞艇是一种有动力控制的浮空器，功能强大，用途广泛。美国、加拿大的一些研机构已开展机载圆扫 ISAR 的飞行试验，，而国内的研究还非常少。由于临近空间飞艇术尚在设计验证阶段，还没有完全成熟，所以临近空间飞艇 ISAR 系统参数很难得到现有的雷达参数之间的相互制约关系等都已相对较成熟，可通过这些相互制约关系求需要的雷达参数。然而，天线转速的确定在雷达参数设计理论中还没有现成的公式可借鉴，因此需要根据艇载圆扫 ISAR 的特点设计出相应的计算公式。

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图 2-2 X 波段斑马图Figure 2-2 X band zebra看出对于临近空间的高度，星下点及位设计，本文设计了四个波位供用户表 2-3 波位设计Table 2-3 Design of Beam Model端入角（o）PRF(Hz) 距离模糊度(dB)方位模糊度(dB)44.3 500 -109.5 -82.8 51.1 510 -87.1 -85.9 57.8 500 -101.3 -84.3 64.8 480 -94.7 -87.4 波位的设计，包含波位及对应的模
【学位授予单位】：中国石油大学(华东)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：TN957.52;E91

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