运动目标瞬态电磁散射分析及其ISAR成像算法研究

摘要

逆合成孔径雷达(Inverse synthetic aperture radar，ISAR)作为目标运动、雷达不动的成像体系，多用于非合作目标雷达成像，并作为目标识别等的主要手段被广泛运用在军事防御系统中。本文主要研究了利用时域高频方法模拟运动目标ISAR回波及不同运动形式下的ISAR成像算法，包括适用于平稳运动目标的距离多普勒算法和适用于机动目标的距离瞬时多普勒算法。本文主要工作如下:
　　首先基于坐标系变换法，采用时域物理光学方法给出运动目标散射场的计算流程，在数值算例部分根据“多普勒效应”理论来验证算法的正确性。然后结合“准静态”思想得到任意运动目标的ISAR回波，为后续成像算法的研究和验证打下基础;其次分析目标运动对ISAR回波的影响，将运动目标分为平稳运动目标和机动目标。先是结合回波分析给出平稳运动目标的ISAR成像算法，即距离多普勒算法，其中包括包络对齐和初相校正的实现方法，通过仿真算例验证算法的正确性。最后研究了机动目标的ISAR成像算法，由于在常用的机动目标ISAR成像算法中，基于时频分析的距离瞬时多普勒算法的性能最好，本文重点研究了该算法，而该算法的性能主要取决于所采用的时频分析方法的性能，因而对多种常用时频分析方法进行了研究和对比，包括短时傅里叶变换(STFT)、Wigner-Vill分布(WVD)、平滑伪Wigner-Ville分布(SPWVD)、Choi-William分布(CWD)、谱图重排和SPWVD重排。算例表明谱图重排方法的时频聚集性最高，所成雷达图像的质量最高，但是耗时较久。为了降低谱图重排算法的计算复杂度，本文利用递归思想对其进行改进，在不影响成像质量的同时缩短了计算时间。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外发展现状

1．2．1 ISAR成像电磁仿真方法的发展现状

1．2．2 ISAR成像算法研究的发展现状

1．3 本文主要内容及结构安排

2 基于高频方法的运动目标瞬态电磁散射特性分析

2．1 引言

2．2 基于坐标变换法的运动目标瞬态散射场分析

2．2．1 洛伦兹变换

2．2．2 场矢量变换公式推导

2．2．3 运动目标时域散射场计算流程

2．3 多普勒效应

2．4 数值算例及分析

2．5 运动目标ISAR回波仿真及并行实现方法

2．5．1 电磁仿真方法模拟ISAR雷达回波

2．5．2 并行实现

2．6 本章小结

3 平稳运动目标ISAR成像算法研究

3．1 引言

3．2 点散射体模型理论

3．3 运动目标ISAR成像

3．3．1 目标运动对成像的影响

3．3．2 传统RD成像算法实现及适用条件

3．4 数值算例及分析

3．5 本章小结

4 机动目标ISAR成像算法研究

4．1 引言

4．2 机动目标雷达回波分析及其成像算法介绍

4．2．1 二维平面转动模型的雷达回波分析

4．2．2 常用的机动目标雷达成像算法及优劣对比

4．3 时频分析方法

4．3．1 线性时频变换

4．3．2 二次时频变换

4．4 数值算例及成像性能对比

4．5 本章小结

5 基于递推思想的谱图重排改进

5．1 引言

5．2 谱图重排的改进

5．2．1 基于递推思想的短时傅里叶变换

5．2．2 基于递推思想的谱图重排

5．3 数值算例及成像性能对比

5．4 本章小结

6 总结与展望

致谢

参考文献