空间目标ISAR成像的研究

经过几十年的发展,合成孔径雷达和逆合成孔径雷达(SAR/ISAR)成像理论及算法已逐步完善。但是随着全球太空资源开发热潮的进一步高涨和未来太空作战趋势的加剧,空间目标的重要性日益增加。ISAR对空间目标的成像也出现新的问题和挑战。为充分发挥信号处理作用,提高雷达对空间目标成像能力,本文利用概念分析、理论推导和数据验证等手段对ISAR成像的一些方面进行了研究。本文的主要工作概括如下： 1、论文的第一章为绪论,回顾了ISAR的发展,并介绍了本文的研究背景和主要工作。 2、第二章对常规ISAR成像原理和在ISAR成像中所用到的各项技术方法进行了概述。在此基础上,针对高速空间目标特性,论述了一种有效的卫星成像方法。 3、第三章对空间目标稀疏频带成像进行了研究。利用常用的雷达信号波形进行分析,详细讨论了对同一目标进行观测得到的不同频带信号之间的差异,并给出相应的补偿方法使不同频带信号具有相同的全极点信号模型,进而通过有效插值外推可以得到等效的超宽带ISAR像。上述研究对以往稀疏频带成像忽视的实际问题通过分析得到了有效的解决方法,对以后多频带雷达成像奠定了理论基础。 4、第四章提出了一种稀疏多孔径成像算法。在稀疏多孔径观测条件下,观测子孔径之间间隔很大,如何有效地利用所获得的不完整回波数据对孔径缺失部分进行预测插值是本章的重点。首先根据稀疏孔径特点提出了有效的稀疏孔径数据平动补偿方法,接着又提出了一种稀疏多孔径预测插值方法。最后,通过仿真与实测数据验证表明了本章提出方法的有效性。 5、第五章对空间碎片的窄带成像进行了研究。目前ISAR带宽还不能满足对空间小碎片精细成像的要求,本章在对单距离多普勒干涉(SRDI)方法研究的基础上,根据空间碎片的旋转特性,提出一种窄带空间碎片成像算法。该算法将匹配滤波与CLEAN技术结合起来对空间小碎片进行成像。通过分析与仿真验证,本章算法比以往提出的SRDI空间碎片成像算法分辨率高、计算量小,能够更有效地应用于实际中。 6、高速自旋是空间目标一个主要的运动姿态,对这类目标以往常规ISAR技术不能对其较好地成像。本章针对高速旋转目标提出一种基于匹配滤波的三维成像方法。该方法利用匹配滤波逐次得到沿旋转轴方向各个切面图,并通过图像合成得到目标三维像。 7、第七章提出一种GRT-CLEAN高速旋转目标三维成像方法。利用距离慢时间数据,引入图像处理的曲线检测的方法(GRT)对各个散射点进行空间位置参数估计,并利用CLEAN技术提高参数估计精度,从而得到高质量的目标三维像。与常规ISAR成像方法不同,第六、七章提出的方法充分利用目标的旋转特性,根据散射点相位与距离变化规律进行成像,为以后的雷达成像提供两种新的思路。 8、最后一章对全文工作进行了总结,并指出需要进一步研究的内容。