稀疏频带逆合成孔径雷达高分辨成像方法研究

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1、硕士学位论文＿卜：＇：＇；稀疏频带逆合成孔径雷达高分辨成像方法研究作者姓名萍学校导师姓名、职称白雪茹教授企业导师姓名、职称李斌高工申请学位类别工程硕士学校代码10701学号1502121169分类号TN95密级公开西安电子科技大学硕士学位论文稀疏频带逆合成孔径雷达高分辨成像方法研究作者姓名：黄萍领域：电子与通信工程学位类别：工程硕士学校导师姓名、职称：白雪茹教授企业导师姓名、职称：李斌高工学院：电子工程学院提交日期：2018年6月StudyonHigh-ResolutionSparseSubbandISARImagin

2、gAthesissubmittedtoXIDIANUNIVERSITYinpartialfulfillmentoftherequirementsforthedegreeofMasterinElectronicsandCommunicationsEngineeringByHuangPingSupervisor:BaiXueruTitle:ProfessorSupervisor:BinLiTitle:SeniorEngineerJune2018摘要摘要虽然现有的逆合成孔径雷达（ISAR）系统可以提供较高的距离分辨率，但是对于空间碎片、微小卫星等目标，其尺寸仅

3、占据几个甚至一个距离单元。在这种情况下，需要进一步提高ISAR的距离分辨率以实现对其尺寸、形状、朝向、运动等特征的精细描述。为了减小硬件成本，可以采用多部ISAR对目标进行稀疏频带观测，进而通过先进的信号处理方法实现稀疏频带高分辨ISAR成像。本文重点针对稀疏频带ISAR成像中的关键问题与难点开展研究工作，首先建立了稀疏频带ISAR成像的回波信号模型，进而研究了基于谱估计的稀疏频带ISAR高分辨成像方法与多频带信号相干配准方法。在回波信噪比较低等复杂条件下，进一步研究了基于概率建模与贝叶斯推断的稀疏频带ISAR高分辨成像方法。最后，完成了图形用户界面（G

4、UI）的编写。本论文相关研究工作将为提高我国地基成像雷达的空间目标探测能力提供理论与技术支撑。本文主要内容可概括为如下四个部分：第一部分简要介绍了雷达稀疏频带观测模型与全极点信号模型，研究了基于多重信号分类（MUSIC）及其改进算法的稀疏频带高分辨ISAR成像方法。在此基础上，提出基于谱分析的多频带信号相干配准方法，并采用仿真数据验证了算法的有效性。第二部分针对谱估计方法难以准确估计模型阶数、对噪声敏感等问题，研究了基于贝叶斯推断的稀疏频带高分辨ISAR成像方法。首先，概述了稀疏信号表征理论，进而将稀疏频带成像问题转化为稀疏系数求解问题。在此基础上，利用

5、散射点分布与噪声先验信息进行贝叶斯概率建模，并分别采用期望最大化（EM）算法与快速相关向量机（fRVM）算法对模型进行求解，从而重构出全频带回波并获得聚焦良好的高分辨二维ISAR图像。最后，采用仿真数据验证了算法的有效性。第三部分针对基于贝叶斯层级先验的稀疏频带高分辨ISAR成像方法开展系统研究。针对高斯先验对数据描述能力有限、稀疏性不足等问题，提出基于Gamma-Gaussian层级先验的概率图模型，并采用变分推断（VI）方法实现距离高分辨成像，进而采用层级字典提高对散射点的估计精度，在低信噪比情况下获得了聚焦良好的稀疏频带高分辨二维ISAR像。结合对

6、应成像方法，进一步提出基于最小熵准则的多频带信号相干配准方法。针对散射点偏离字典网格时位置估计不准确等问题，在改进贝叶斯图模型的基础上提出OG-VSBL算法，实现了散射点偏离网格时的二维ISAR高分辨成像，并用仿真数据验证了算法的有效性。第四部分编写了稀疏频带成像图形用户界面（GUI）。在概述MATLABGUI组成结构、基础设计原则与步骤的基础上，利用GUIDE开发工具设计了稀疏频带高分辨I西安电子科技大学硕士学位论文ISAR成像的GUI界面，实现了基于论文所研究典型成像方法的多类目标稀疏频带高分辨成像。关键词：逆合成孔径雷达，稀疏频带成像，多频带相干配

7、准，贝叶斯建模，期望最大，变分推断IIABSTRACTABSTRACTAlthoughinversesyntheticapertureradar(ISAR)canproviderelativelyhighrangeresolution,smalltargetssuchasspacedebrisandmicrosatellitesonlyoccupyseveralorevenonerangeunit.Inthiscase,itisnecessarytofurtherincreasetherangeresolutiontoachieveafinedescri

8、ptionoftargetcharacteristics,suchassize,