基于散射模型的空間目標(biāo)ISAR成像.pdf

1、通過(guò)電磁仿真模擬雷達(dá)回波，研究空間目標(biāo)的逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)成像，能獲得其運(yùn)動(dòng)態(tài)勢(shì)和基本結(jié)構(gòu)特征，同時(shí)也能為目標(biāo)分類(lèi)、識(shí)別等提供理論模型和技術(shù)支撐。盡管ISAR成像技術(shù)已發(fā)展到較高水平，但由于空間目標(biāo)的特殊性，仍有不少問(wèn)題有待解決。本文基于目標(biāo)電磁散射的基本原理和模型，開(kāi)展運(yùn)動(dòng)空間目標(biāo)ISAR成像仿真的研究工作。
　　本研究主要內(nèi)容包括：⑴針對(duì)空間目標(biāo)(衛(wèi)星)的天線結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，利用幾何光學(xué)-物理光學(xué)法(Geometrical

2、optics and Physical optics，GOPO)混合高頻近似算法計(jì)算空間目標(biāo)的電磁散射特性。首先通過(guò)簡(jiǎn)單目標(biāo)(二面角反射器和簡(jiǎn)單組合體)驗(yàn)證GOPO的可行性和有效性。著重利用該算法分別計(jì)算了飛機(jī)模型和衛(wèi)星模型在不同方位角和入射角下的垂直極化和水平極化的雷達(dá)散射截面(Radar Cross Section，RCS)。由于衛(wèi)星結(jié)構(gòu)的對(duì)稱(chēng)性和在計(jì)算散射場(chǎng)時(shí)采用 PO算法，垂直極化(VV極化)散射結(jié)果與水平極化(HH極化)差別不

3、大。對(duì)比計(jì)算了完整衛(wèi)星模型和去掉天線結(jié)構(gòu)的衛(wèi)星模型在不同方位角和入射角下的RCS，可以發(fā)現(xiàn)：由于衛(wèi)星天線具有明顯的角形結(jié)構(gòu)，使得多次散射效應(yīng)加強(qiáng)，因此在一定角度范圍內(nèi)，天線的多次散射占主導(dǎo)因素。⑵綜述逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)成像的基本原理，分析了ISAR成像中散射場(chǎng)與成像函數(shù)的關(guān)系。模擬了飛機(jī)和衛(wèi)星模型的一維距離像和一維方位像，并給出了完整衛(wèi)星模型和無(wú)天線結(jié)構(gòu)模型的二維

4、ISAR像，討論不同帶寬和采樣點(diǎn)數(shù)對(duì)飛機(jī)成像結(jié)果的影響。基于距離-多普勒(Range-Doppler)成像算法，分析了目標(biāo)方位向的多普勒頻移效應(yīng)，利用頻率步進(jìn)信號(hào)(SFCW)分別模擬了飛機(jī)點(diǎn)散射模型和實(shí)際衛(wèi)星模型的雷達(dá)回波，在距離-多普勒域進(jìn)行ISAR成像仿真。由衛(wèi)星成像結(jié)果可以明顯看出有無(wú)天線的影響，加強(qiáng)論證了角反射器對(duì)目標(biāo)電磁散射特性的影響。⑶研究了ISAR成像中運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法。討論了ISAR成像過(guò)程由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)的多普勒效應(yīng)，由于

5、目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)可能會(huì)引起方位像模糊和距離徙動(dòng)的現(xiàn)象，因此需要在ISAR成像過(guò)程中進(jìn)行平動(dòng)補(bǔ)償和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)的平動(dòng)補(bǔ)償和轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償過(guò)程做了簡(jiǎn)要的分析，并據(jù)此提出了最小熵法和聯(lián)合時(shí)頻分析的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償方法，從結(jié)果可以看出，前者主要補(bǔ)償目標(biāo)的平動(dòng)分量，后者則可以補(bǔ)償目標(biāo)的平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)分量，有效提高了成像質(zhì)量。并以衛(wèi)星模型為算例，基于GOPO算法模擬的雷達(dá)電磁回波，仿真了不同參數(shù)(帶寬、運(yùn)動(dòng)速度等)情況下的ISAR成像。結(jié)果表明：當(dāng)增加雷達(dá)帶寬時(shí)，