基于时频分析技术的机动目标isar成像方法研究

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1、国内图书分类号:TN957.51 国际图书分类号:621.396.969工学博士学位论文基于时频分析技术的机动目标ISAR成像方法研究博士研究生：王勇导师：姜义成教授申请学位：工学博士学科、专业：信息与通信工程所在单位：电子与通信工程系 答辩日期：2008年3月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN957.51 U.D.C.:621.396.969DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringSTUDYOFTHEINVERSESYNTHETIC

2、APERTURERADARIMAGINGFORTHE MANEUVERINGTARGETSBASEDONTHE TIMEFREQUENCYANALYSISCandidate：WangYongSupervisor：Prof.JiangYichengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：DepartmentofElectronicsandCommun

3、icationEngineeringDateofDefence：March,2008Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要雷达成像具有远距离、全天时和全天候的特点，对军用和民用都有重大 实用价值。由于雷达的工作及成像方式的不同，成像雷达可分为逆合成孔径雷达(ISAR)和合成孔径雷达(SAR)。在机动目标的ISAR成像中，经过运动 补偿后的回波数据可用多分量多项式相位信号模型来描述，这是一类典型的 非平稳信号。实际对目标进行成像处理时

4、可根据目标的运动特点对这一模型 进行合理的近似，而成像质量的高低在很大程度上取决于信号处理方法的优劣，即可采用信号处理的方法来提高机动目标ISAR成像质量。本文基于时 频分析原理，从参数估计与时频表示两个方面将目标回波信号分为四种情况 进行研究，分别是：常幅线性调频信号、常幅多项式相位信号、变幅多项式 相位信号和基于时频分布的方法直接得到信号的时频结构，分别提出新的信号处理方法以提高机动目标ISAR成像质量。本文主要工作概述如下： 1.以飞机目标的外场实测数据为例，研究了一阶近似条件下目标做机 动飞行时ISAR成像

5、的距离——瞬时多普勒法原理，其本质为多分量线性调 频信号的参数估计问题。进而，研究两种估计线性调频信号参数的超分辨方法在ISAR成像中的应用，在获得同样的横向分辨率条件下，减小了成像所 需的观测角度。最后对目标机动运动情况下的回波信号特点做出总结性归 纳，并从信号处理的角度对其进行理论分析，进而达到统领全文的目的。2.针对常幅线性调频信号，提出了一种新的线性调频信号参数估计方 法——三次相位函数法。新方法通过一维搜索可以得到调频斜率的估计，进 而通过解调频技术和快速傅里叶变换获得信号初始频率和幅度的估计，具有 较小

6、的计算量。基于一阶扰动分析原理详细推导了该方法的渐进统计特性， 理论与仿真结果均表明该方法具有很高的参数估计精度。将该方法应用于机动飞行目标的ISAR成像中，可提高成像质量。3.针对常幅多项式相位信号，首先提出基于改进形式Wigner-Ville分 布(WVD)的三、四次多项式相位信号参数估计方法，解决了ISAR成像中的 转角估计问题。对于任意阶次的多项式相位信号，本文研究了一个重要概念——瞬时频率变化率，提出两种估计瞬时频率变化率的新方法，并将其应用于多项式相位信号的参数估计中，在保持较高参数估计精度的同时具有较

7、 小的计算量。4.针对变幅多项式相位信号，提出采用信号分解的方法对其进行分析与处理。信号分解是信号处理领域的重要研究内容，通过将信号分解成一系列基函数的线性组合，可以反映信号的内部结构特征。本文研究了目前比较 常用的信号的自适应Chirplet分解，首先提出一种优化分解算法，即采用 RELAX技术在估计当前分量的参数时，固定其余分量的参数，逐个依次调-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文整，以达到内部收敛，该方法可明显提高信号的参数估计精度，但计算量较大。本文提出一种自适应Chirplet分解的快速算法，该算法利用计

8、算信号的三次相位函数，得到其能量分布集中于信号的调频率曲线上的结论，此时通过谱峰检测可同时获得Chirplet调频率、时间中心和幅度的估计，进而通过 解线性调频技术获得其初始频率和时间宽度的估计。研究了自适应Chirplet 分解在如下两个方面的应用：机动飞行目标的ISAR成像和非刚体目标的 ISAR成像。针对自适应Chirplet分解的不足，提出了修正的自