基于目标电磁散射参数化分析的ISAR成像方法

摘要

逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR）成像技术以其全天时、全天候、远作用距离对目标进行高分辨率成像的特点，在军事和民用领域得到了广泛的应用。ISAR成像的过程是对目标的结构和电磁散射特性等进行重构和反演的过程，因此，针对目标电磁散射特性分析和建模方法的研究，是ISAR成像领域的一个热点问题。传统的ISAR成像通常基于点散射模型，该模型虽然简单但难以精确描述散射中心的各向异性和频率依赖特性，在实际应用中有较大的局限性，而属性散射中心模型，对光学区目标的电磁散射描述更加精确。因此，本文将基于属性散射中心模型，对不同场景下ISAR图像中属性散射中心的提取和三维位置重构方法进行深入的研究。
　　本研究主要内容包括：⑴介绍了常用的目标电磁散射参数化模型，并分析了几种散射中心模型之间的关系，对ISAR成像的基本原理进行了论述，包括ISAR成像的转台模型以及平动补偿中包络对齐和相位校正的常用方法。⑵研究了ISAR图像中属性散射中心的提取方法。针对属性散射中心参数多较难精确提取的问题，分别介绍了基于图像分割的属性散射中心参数估计方法和基于正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit，OMP）的属性散射中心提取方法，并分析了两种方法的特点。仿真数据与MSTAR数据的处理结果证明了上述两种方法的有效性。⑶针对提取属性散射中心运算量大的问题和稀疏频段或观测角度下目标 ISAR回波不连续，使得成像质量变差的问题，研究了基于压缩感知的属性散射中心提取与ISAR成像方法。首先对压缩感知的原理进行介绍，论述了压缩感知的数学模型，观测矩阵的设计以及常用的重构方法，然后，结合ISAR回波的特点，构建属性散射中心估计的字典矩阵和观测矩阵，利用OMP方法对属性散射中心的参数进行估计，并利用估计的属性散射中心参数重构完整回波，对重构回波进行成像可以得到聚焦良好的ISAR图像。⑷针对传统三维ISAR成像方法基于点散射模型，对目标三维结构描述不准确的问题，研究了基于属性散射中心的三维ISAR成像技术。首先介绍了三维ISAR观测与成像模型，分析了目标三维位置与属性散射中心二维位置之间的投影关系，构建三维属性散射中心模型。然后，利用属性散射中心参数丰富的特性，提出基于散射中心多参数的位置关联方法，接着，分别研究雷达观测角度已知和未知条件下的属性散射中心三维位置的重构方法。最后，结合提取的二维属性散射中心参数得到散射中心的三维位置、长度、初始方位角、频率依赖因子等参数，实现三维ISAR成像。实验结果表明了本章方法的有效性。

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第一章 绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3论文内容安排

第二章 目标电磁散射参数化模型与ISAR成像基本原理

2.1引言

2.2目标电磁散射参数化模型

2.3 ISAR成像基本原理

2.4本章小结

第三章 属性散射中心的提取方法

3.1引言

3.2基于图像分割的属性散射中心提取方法

3.3基于稀疏表示的属性散射中心提取方法

3.4实验结果与分析

3.5本章小结

第四章 基于压缩感知的属性散射中心提取与成像方法

4.1引言

4.2压缩感知原理

4.3基于压缩感知的属性散射中心提取与成像方法

4.4实验结果与分析

4.5本章小结

第五章 基于属性散射中心模型的三维ISAR成像方法

5.1引言

5.2三维ISAR观测与成像模型

5.3基于属性散射中心模型的三维ISAR成像方法

5.4实验结果与分析

5.5本章小结

第六章 总结与展望

6.1全文总结

6.2工作展望

参考文献

致谢

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