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舰船目标ISAR成像研究

作 者: 郑泽星
导 师: 刘永坦;姜义成
学 校: 哈尔滨工业大学
专 业: 信息与通信工程
关键词: 舰船成像 时频分析 参数估计 多径效应 运动估计
分类号: TN957.52
类 型: 硕士论文
年 份: 2007年
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内容摘要


国内对飞机目标的ISAR成像已有较深入的研究,水面舰船成像在国防上同样具有重要意义,但国内对此的研究尚处于起步阶段。由于舰船航行、海水波动及海面的影响,舰船的姿态变化较飞机更为复杂,同时多径效应不可忽视。本文从回波模型、成像算法、多径效应、舰船运动估计等方面对舰船成像展开研究。文中首先介绍了国内外雷达成像的研究现状,讨论了ISAR成像的基本原理,对于ISAR成像中的一些基本问题进行了分析。针对海上舰船的运动特点,文中通过理论分析得出了回波模型,实现了航行中三维转动舰船的回波仿真。研究了三维转动单独及同时存在时的回波特性,给出了相应的成像仿真。低海情时舰船三维转动很小,对回波进行抽取后通过R-D算法即可得到目标像。高海情时,舰船三维转动明显,散射点的多普勒频率具有时变性,需要进行瞬时成像。瞬时成像算法大致分为两类,第一类是基于时频分析的瞬时成像算法,文中选取了几种有代表性的线性及双线性分布,给出了相应的瞬时成像结果。针对它们存在的时频集聚性与交叉项抑制能力之间的矛盾,提出了两种新的瞬时成像算法:一种基于S-Method的ISAR瞬时成像算法和一种基于时频域滤波的ISAR瞬时成像算法。第二类是基于参数估计的瞬时成像算法,文中采用自适应Chirplet分解并结合逐次消去法来依次估计各分量的初始频率、调频率、中心时刻、信号宽度等参数,实现了信号的瞬时频率估计和舰船瞬时成像。多径效应是影响岸基ISAR成像的一个重要问题。文中从理论上分析了其产生机理及回波模型,并结合实际数据进行分析,给出了存在多径效应时的“初像-分离-二次成像”的处理方法。针对舰船运动的复杂性,文中还研究了基于回波的舰船目标运动估计。提出首先对回波由R-D算法得到目标初像序列,然后通过图像处理及特征提取来实现对舰船运动的估计,根据估计结果来对回波数据段进行优化选取,并给出了仿真实验结果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-19
  1.1 课题背景  9-10
  1.2 国内外研究状况及分析  10-17
    1.2.1 雷达成像发展状况  10-11
    1.2.2 逆合成孔径雷达成像基本原理  11-13
    1.2.3 距离压缩  13-14
    1.2.4 运动补偿  14-16
    1.2.5 成像算法  16-17
  1.3 本文主要研究内容  17-18
  1.4 本文结构安排  18-19
第2章 舰船回波模型及分析  19-31
  2.1 舰船运动及回波模型  19-23
  2.2 目标三维转动分析  23-30
    2.2.1 侧摆成像分析  23-26
    2.2.2 偏航成像分析  26-27
    2.2.3 俯仰成像分析  27-28
    2.2.4 三维转动成像分析  28-30
  2.3 本章小结  30-31
第3章 舰船成像算法  31-50
  3.1 距离-多普勒(R-D)算法  31-33
  3.2 基于时频分析的瞬时成像算法  33-43
    3.2.1 常用时频表示及其存在的问题  33-37
    3.2.2 基于S-Method的瞬时成像算法  37-41
    3.2.3 基于时频域滤波的瞬时成像算法  41-43
  3.3 基于Chirplet分解的瞬时成像算法  43-47
  3.4 结果比较与算法评定  47-49
  3.5 本章小结  49-50
第4章 基于实际数据的多径效应分析  50-57
  4.1 多径效应产生机理及回波模型  50-52
  4.2 实际数据分析及成像处理  52-56
  4.3 本章小结  56-57
第5章 基于图像处理的舰船目标运动估计  57-68
  5.1 基本原理分析  58-60
  5.2 估计方法  60-64
    5.2.1 两个估计量的分析及判据  60-62
    5.2.2 三维转动的存在性判据及估计  62-63
    5.2.3 转动估计及成像处理  63-64
  5.3 仿真实验与结果分析  64-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
攻读学位期间发表的学术论文  73-75
致谢  75

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 雷达 > 雷达设备、雷达站 > 雷达接收设备 > 数据、图像处理及录取
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