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1、中国科学技术大学 博士学位论文 InISAR三维成像的关键技术研究 姓名：张冬晨 申请学位级别：博士 专业：电磁场与微波技术 指导教师：王东进 20090501 中国科学技术大学博士论文摘要 摘要 干涉式逆合成孔径雷达( I I l I S A R ) 成像是近年来发展起来的一种将干涉技术 与逆合成孔径分辨相结合的雷达三维成像方法。由于1 1 1 I S A R 能够实现对远距离 运动目标全天候、全天时的三维成像，因此在军事和民用领域都呈现出广泛的应 用前景和实用价值。但是，目前在针对复杂运动目标的1 1 1 I S A R 三维成像的实现 方法上，还存在众多问题亟待深入研究和完善。本文紧密围
2、绕h 1 I S A R 三维成像 的实际应用，就几类典型运动目标的I I l I S A R 三维成像实现方法展开了相关研究 和探讨： 论文首先研究了h l I S A R 三维成像的图像配准问题。干涉天线间的图像配准 是h l I S A R 三维图像恢复的关键步骤。在深入分析干涉图像失配原因的基础上， 提出了两种图像配准的方法：其一，在目标存在独立特显点的情况下，对各天线 进行基于单特显点的初相校正，在完成运动补偿的同时实现了以该特显点为聚焦 中心的配准处理；其二，当目标不存在特显点时，在完成各天线的平动补偿后， 通过估计目标散射中心沿两基线方向的角运动参数，构造补偿相位来实现图像配 准
3、。仿真结果表明，这两种方法都能够获得良好的配准效果，为进一步实现 1 1 1 I S A R 三维成像奠定了基础。 其次，论文对高速运动目标的h l I S A R 三维成像方法进行了研究。目标的高 速运动会导致距离色散现象，造成I S A R 成像散焦，进而严重影响干涉处理的精 度。因此，论文提出了两种有效解决距离色散影响的高分辨1 1 1 I S A R 三维成像实 现方法：第一种方法从速度补偿的思路出发，提出了基于R W T 的分步速度估计 方法，通过精确估计目标的径向速度并对回波进行补偿来实现三维成像；第二种 方法基于瞬时距离像的思路，通过构造高速运动目标回波的时频域图像切片( 即 瞬
4、时距离像) ，消除了距离色散的影响，进而实现h l I S A R 三维成像。仿真结果表 明，上述成像方法都能够正确的实现对高速运动目标的1 1 1 I S A R 三维成像。 然后，论文研究了机动目标的I I l I S A R 三维成像方法。与高速运动目标回波 的脉内距离色散不同，目标在成像期间的机动特性会使回波序列的横向多普勒呈 现多分量L F M 信号的特点，造成传统R D 成像的横向聚焦失效。本文首先在距 离瞬时多普勒( 附D ) 成像的思路下，提出种基于F R F T 线性时频分析的机动 目标三维成像方法，在分数阶域完成机动目标散射点的横向分辨，进而实现三维 T 中国科学技术大学博
5、士论文 摘要 成像。针对双线性类时频方法由于相位信息丢失特性而不能应用于机动目标 1 1 1 I S A R 成像的问题，本文迸一步提出了一种基于多天线联合互时频分布的 k I S A R 三维成像方法，不仅克服了双线性时频变换不能在1 1 1 I S A R 中应用的限制， 而且能够在一次天线间的互时频变换中同时实现相同距离单元内各散射点的横 向分辨和相位干涉处理，实现了机动目标的I l l I S A R 三维成像。仿真结果表明， 上述两种I I d S A R 成像方法都能够有效的获得机动目标的高分辨三维图像。 最后，论文对大尺寸运动目标的I n I S A R 三维成像方法进行了研究。
6、大尺寸 目标的高分辨成像不满足传统I S A R 的微动模型近似，其边缘散射点的M T R C 现象对运动补偿和横向分辨两个环节造成严重的影响，无法形成清晰的三维成像 结果。论文首先提出一种结合积累相关与曲线拟合的运动补偿方法，在进行成像 校正前，从整体上提高了在包络相关性下降情况下的运动补偿的精度；然后提出 一种在h l I S A R 多天线成像结构下的反投影转角估计方法，能够利用三维成像的 优势获得转角的精确估计，最后结合极坐标格式算法，实现了大尺寸目标的高分 辨1 1 1 I S A R 三维成像。 关键字：干涉逆合成孔径雷达，三维成像，图像配准，高速目标，R W T 分步速 度估计，
7、机动目标，联合互时频分布，越分辨单元走动校正，转角估计 I I - 中国科学技术大学博士论文A B S T R A C T A B S T R A C T 1 1 1 t e r f e r o m e t r i ci n V e r s es y n t h e t i ca p e r t u r er a d a r ( I n I S A R ) i m a g i n gi sar e c e n t l y d e V e l o p e d 廿1 r e e - d i m e n s i o I 谢( 3 - D ) i I l l a g i n gm e t h o d
8、、) l 釉c hc o I I I b i n e si n t e r f e r o m e 仃i c t e c h n o l o g y 谢t I lm ei n v e r S es y n t h e t i ca p e m 聪r a d 缸1 1 1 I S A Ri sa b l et 0c a n yo u t3 - D i I n a g i n go faf 弛f i e l dm o V i n gt a r g e tu n d e ra l l - w e 砒e rc o n d i t i o n 趾da n yr e q u i r e d t i m e
9、 ，s oi th a ss h o w naw i d er a n g eo fp r o S p e c t Sa 1 1 dp r a c t i c a lV a l u ei I lt h ef i e l do f m i l i t a 巧跚dc i V i l i a n 印p l i c a t i o n s B u ta tp r e s e n t ，t l l er e a l i z a t i o no fM S A R3 - D i I n a 舀n gm e t l o do fc o n l p l e xm o V i I l gt a r g e t
10、sa r es t i l lf k 证gm a n yp r o b l e m sa n dn e e d i n d 印mr e s e a r c l l i n ga r l di m p r o V i n g T h i sd i s s e r t a t i o nh a Sb e e nl a u n c h e dt 0s t u d ya n d m e S t i g a t e 恤I n I S A Ri l l l a g i n gm e m o d so ft l l r e et ) ，p i c a lm 0 V i n gt a r g e t S ，w
11、 l l i c h 黜 V a l 诎l ef o r t h ep r a C t i c a la p p l i c a t i o n F i r s to fa l l ，l e i I I l a g er e g i s t r a t i o np r o b l e mo fh l I S A Ri ss t l J d i e d I I I l a g e r e g i s t r a t i o nb 咖e e ni n t e 疵r o m e t r i ca n t e l l l l 嬲i sac r u c i a lS t e pf o rI I l I
12、 S A R3 - Di n l a g e r e s t o r a t i o n B a s e do nt h ea n a l y s i so fn l ei m a g em i s m a t c h ，t w oe 岱；c t i V ei n l a g e r e g i S t r a t i o nm e t h ( ) d s 、) ，! I l i c hm a 玉u s eo f 也ec h a r a c t e r i s t i c so fd i 仔- e r e mt a r g e t sa r e p r o p o s e d T h ef i
13、 r s tm e t l l o di st h a ti ft 1 1 et a 昭e tc o n t a i l l so I d yo n ei s o l 纳e ds c a t t e r e r ，、v e c 觚叮o u ts i I l g l ei s o l a t e ds c a t t e r e rp h a S e - a d j u s t I l l e n to fe a c ha 1 1 t e m l ai n d e p e r l d e n t l yt 0 a c l l i e v ei n l a g er e g i S 仃a t i
14、o n ，w I l i c h 谢l l s y n c l l r o n o u S l yc o n s i d e r 恤：s i n 9 1 ei s 0 1 a t e d s c a 托e r e ra sf o c u sc e n t e r 1 飞es e c o n do n ei st l l a tw h e n 恤r ea r n oi s o l a t e ds c a 吮r s e x i s t ，a R e ru I l i f o n nr a d i a l - m o t i o nc o m p e n s a t i o n ，、ec o n
15、蚰r I l c tc o m p e n s a t o 搿p h 嬲e a n da c l l i e V ei m a g er e g i s 仃a t i o nb ye s t i m a t m ga n 9 1 em o t i o np a r a m e t e r so ft a 玛e t s c a t t e r i I 玛c e n t e r sa l o n g 俩。一d i m e l l s i o r 谢b a s e l i n ed i r e “i o n S i l l m l a t i o nr e s u bs h o w t 1 1 a
16、tb o mm e m D d sc a no b t a i na c c u r a ：t er e g i s 仃a t i o nr e s u l t s S e c o n d l y ，t l l e3 - Dh 1 I S A Ri m a g i I l gm e 廿1 0 do fl l i g hS p e e dm o V i n gt a 玛e ti s s n l d i e d 1 k1 1 i 曲r a d i a lv e l o c 蚵b e 帆e e nr a d a r 肌dt a 略e t 讯Ur e s u l ti 1 1am g e d i s p e r s i o np h e n o m e n o nw l l i c h 丽l ld e f o c u s e sI S A R 曲a g ea 1 1 ds e r i o u S l ya 航c tt h e a c c u r a c yo f 也ei n t e r f e r e n c er e s
