基于时频分析的舰船目标isar成像研究

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1、博士学位论文基于时频分析的舰船目标ISAR成像研究RESEARCHONINVERSESYNTHETICAPERTURERADARIMAGINGOFSHIPTARGETSBASEDONTIME-FREQUENCYDISTRIBUTIONS王冉哈尔滨工业大学2012年9月国内图书分类号：TN957.51学校代码：10213国际图书分类号：621.396.969密级：公开工学博士学位论文基于时频分析的舰船目标ISAR成像研究博士研究生：王冉导师：姜义成教授申请学位：工学博士学科：信息与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2012年9月授予学位单位：哈尔滨

2、工业大学ClassifiedIndex:TN957.51U.D.C:621.396.969DissertationfortheDoctoralDegreeinEngineeringRESEARCHONINVERSESYNTHETICAPERTURERADARIMAGINGOFSHIPTARGETSBASEDONTIME-FREQUENCYDISTRIBUTIONSCandidate：WangRanSupervisor：Prof.JiangYichengAcademicDegreeAppliedfor：DoctorofEngineeringSpeciality

3、：InformationandCommunicationEngineeringAffiliation：SchoolofElectronicsandInformationEngineeringDateofDefence：September,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology摘要摘要由于雷达成像相对于光学成像和红外成像具有全天候，全天时的优点，岸基ISAR对海面舰船目标成像具有重要的国防意义。在较高海情下，舰船目标通常存在三维转动，其运动是航行运动与三维转动的合运动。对于IS

4、AR成像来说，三维转动的存在使得舰船目标的成像投影平面不断变化，回波相位的形式更加复杂。舰船目标的回波信号经距离压缩和运动补偿之后近似为高阶多项式相位信号，其多普勒频率具有时变性，此时传统的距离—多普勒(RD)成像算法无法获得清晰的ISAR像，需采用基于时频分析的距离—瞬时多普勒(RID)算法进行成像。影响距离—瞬时多普勒算法成像效果的关键在于该方法所采用的时频分布的性能。本文提出了一些新的时频分布算法，并应用到ISAR舰船成像中。此外本文还研究了舰船目标数据段选取的方法。本文的主要工作概述如下：首先，建立了舰船目标的运动模型。将舰船上某散射点的运动视为该散

5、射点绕舰船质心的三维转动与舰船质心相对于雷达的平动的合成，通过该模型得到舰船目标的仿真回波数据。对仿真回波数据，分别运用了RD算法和RID算法进行成像。成像结果表明，RID算法成像效果更好，且可获得目标不同时刻的姿态。之后，针对基于图像对比度的舰船目标数据段选取中存在的问题，提出一种基于转动矢量估计和图像对比度相结合的选段方法。首先采用基于转动矢量估计的选段方法确定目标的俯视图和侧视图的成像起始时刻，然后采用基于图像对比度的选段方法确定最优成像积累时间。针对成像起始时刻的选取，提出一种采用平滑样条曲线拟合的方法来提高估计精度，针对成像积累时间的选取也提出了一

6、种提高估计精度的方法。两种方法相结合进行数据选段，既可以获得舰船的俯、侧视图又避免了单纯运用图像对比度方法选段时需要二维搜索的不足。仿真和实测数据成像结果证明了该选段方法的有效性。然后，针对海情较低情况下的ISAR舰船成像问题，提出基于各种二阶时频分布的RID成像方法对舰船目标进行成像。首先介绍了RID算法的原理，之后着重研究了各种二阶时频分布及其在ISAR舰船成像中的应用。这些分布包括魏格纳分布(WVD)、科恩(Cohen)类分布、重排Cohen类分布、S-Method及L类魏格纳分布(LWVD)。仿真和实测数据的成像结果表明，在低海情下重排Cohen类分

7、布的成像效果最好。最后，针对海情较高情况下的ISAR舰船成像问题，提出基于新型复时间-I-哈尔滨工业大学工学博士学位论文延迟时频分布(CTD)的ISAR成像方法。首先，研究了两类提高CTD时频聚集性的方法和两类抑制CTD交叉项的方法，然后提出一种修正型4阶CTD方法。为提高CTD的时频聚集性，提出一种广义的CTD，在标准复时间延迟型分布的时间延迟项中引入一个角度参数。通过合理的选取该角度参数和取角变换可抑制CTD的自交叉项，提高其时频聚集性。此外本文还研究了基于L类分布提高CTD的时频聚集性的方法。针对CTD对多分量信号会产生互交叉项的问题，本文采用基于频域

8、卷积和基于模糊函数两种方法来对CTD的互交叉项进行抑