分布式全相参雷达参数估计及ISAR成像方法研究.pdf

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1、分布式全相参雷达参数估计及ISAR成像方法研究王锐2015年1月中图分类号：TN959.1UDC分类号：621.3分布式全相参雷达参数估计及ISAR成像方法研究作者姓名王锐学院名称信息与电子学院指导教师曾涛研究员答辩委员会主席刘志文教授申请学位工学博士学科专业信息与通信工程学位授予单位北京理工大学论文答辩日期2015年1月ResearchonParameterEstimationandISARimagingforDistributedCoherentRadarCandidateName：RuiWangSchoolorDepartment:SchoolofIn

2、formationandElectronicsFacultyMentor:Prof.TaoZengChair,ThesisCommittee：Prof.ZhiwenLiuDegreeApplied:DoctorofPhilosophyMajor：InformationandcommunicationEngineeringDegreeby:BeijingInstituteofTechnologyTheDateofDefence：January，2015研究成果声明本人郑重声明：所提交的学位论文是我本人在指导教师的指导下进行的研究工作获得的研究成果。尽我所知，文

3、中除特别标注和致谢的地方外，学位论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得北京理工大学或其它教育机构的学位或证书所使用过的材料。与我一同工作的合作者对此研究工作所做的任何贡献均已在学位论文中作了明确的说明并表示了谢意。特此申明。签名：日期：北京理工大学博士学位论文摘要随着航空航天技术的快速发展，全球空间竞争日趋激烈，军事力量呈现空天一体化趋势。空天目标的探测、识别以及监视在未来空间攻防对抗中起着至关重要的作用。分布式全相参雷达具有探测威力强、时空分辨率高的优势，满足当前远程雷达的战术机动性需求，且制造工艺相对简单、成本低，是当前空间监视雷达

4、的重要发展方向。虽然分布式相参雷达已实现原理验证，但当前仍处于初期发展阶段，尚存在不少关键技术问题有待研究与改善。本论文研究的分布式全相参雷达采用频率步进波形作为基本发射波形，发射单元集中式部署以实现发射相参，接收单元分布式部署以实现高分辨的分布式逆合成孔径雷达(ISAR)成像。针对该分布式全相参雷达体制，主要对其中的关键问题分布式全相参与分布式ISAR高分辨成像进行了深入的研究与探讨，主要的研究内容概述如下：1.研究了基于频率步进宽带波形的分布式全相参雷达信号建模及相参性能分析。建立了基于频率步进波形的全相参雷达信号模型，包括接收相参参数估计模型与发射相参

5、误差信号模型；基于接收相参参数估计模型，详尽地推导了相参参数的克拉美罗界（CRLB），分析发现频率步进波形具有实现高精度相参参数估计的潜力；基于发射相参误差模型，详尽地分析了频率步进波形下实现发射相参的参数估计精度需求；此外，还对发射相参对发射单元的几何配置约束进行了分析；最终，结合估计精度需求与CRLB，对基于频率步进宽带波形的分布式雷达实现全相参的信噪比要求进行了仿真分析，这对分布式相参雷达的设计与实现具有了重要的指导意义。2.研究了基于频率步进波形的分布式雷达相参参数估计方法。建立了频率步进波形的高分辨距离像重建模型，分别提出了基于相关系数后向投影与最

6、小二乘估计的高分辨距离像重建方法，分析了两种重建方法对频率步进间隔的无模糊约束条件，并通过仿真验证了提出的两种距离像重建法的有效性与可行性；此外，针对分布式雷达的相参参数估计问题，分别提出了基于包络熵快速相关的相参延时差估计方法以及基于包络相关粗估计与精搜索相结合的相参相位估计方法。最终通过仿真验证了提出方法在精度与效率方面的估计性能，为实现发射相参以及分布式ISAR高分辨成像提供了支撑。I北京理工大学博士学位论文3.研究了基于图像熵的分布式相参ISAR高分辨成像方法。建立了广义的分布式ISAR成像信号模型，理论推导了双基地ISAR成像平面与回波数据关系；针

7、对平动补偿中的距离包络对齐与平动相位校正问题，提出了熵准则下基于二次逼近迭代原理的参数寻优方法，实现了鲁棒的包络对齐以及精确的平动相位校正。其中，距离对齐方法还采用了循环级联滤波处理的方法，克服了局部极值造成的全局最优收敛问题，并采用仿真与实测数据验证了提出迭代估计方法的鲁棒性与精确性；针对双基地ISAR图像重建，提出了基于ISAR后向投影的转动中心与角速度估计方法，获得各子天线单元成像的投影几何关系，解决了回波数据的空间对齐问题，从而实现了各接收单元在同一空间坐标系下的ISAR图像重建；最终，基于各重建ISAR图像，进行了接收相参处理，实现了分布式全相参I

8、SAR的高分辨图像融合，并通过仿真验证了提出方法的有