SAR-ISAR目標電磁特征提取及應用研究.pdf

1、雷達是以電磁波為載體探測目標電磁特性的微波遙感設備。不同于傳統(tǒng)光學等其它遙感設備，雷達具有全天時、全天候、作用距離遠和穿透力強等優(yōu)勢。但對于熟悉可見光數(shù)據(jù)和攝影的人來說，基于電磁特性的雷達圖像往往在視覺上難以理解。甚至對于熟悉雷達圖像的分析人員來說，不同分析人員的結論一致性也無法得到保證。因此，自動化的雷達解譯算法對于雷達回波和圖像的理解至關重要。而雷達的電磁特征提取則是雷達圖像解譯的基礎，它是架起雷達數(shù)據(jù)和信息之間的一座橋梁。一般而言

2、，雷達電磁特征包括散射中心特征和極化特征兩部分。從電磁散射機理的角度出發(fā)對散射中心模型建模，模型參數(shù)具有相應的物理意義，可以將散射中心特征提取問題轉換成基于散射中心模型的參數(shù)提取問題。隨著現(xiàn)代雷達向多頻段多極化發(fā)展，極化雷達利用兩個垂直極化的天線發(fā)射和接收不同極化方式的回波，從而獲取更全面的目標信息。極化特征的提取是指通過極化分解的方法將目標的散射矩陣在基本散射機理上進行分解獲取其對應散射類型。極化特征與目標的結構、材料等有密切聯(lián)系，可

3、用于參數(shù)反演、分類等。
　　本文旨在利用信號處理的方法提取雷達人造目標的電磁特征，提高雷達圖像的可理解性，提高目標與噪聲的可分離性。研究內容主要針對如下三個內容:人造目標的特征提取，基于電磁特征的目標檢測、分類和超分辨的應用，以及基于電磁特征的天波超視距雷達瞬態(tài)干擾抑制的擴展應用三個關鍵點。論文圍繞國家“973”課題“基于電磁散射XXX雷達圖像解譯方法研究”、國家自然科學青年基金“基于參數(shù)化電磁散射模型的SAR目標成像技術”和“空

4、間目標極化成像與特征提取研究”、中央高?；究蒲袠I(yè)務費等項目的研究任務，對高分辨（逆）合成孔徑雷達的特征提取和應用以及天波超視距雷達瞬態(tài)干擾抑制進行了研究。
　　全文內容的實質是研究雷達圖像中人造目標的電磁特征提取、電磁特征的應用以及擴展應用，概括為以下三個方面:
　　首先，研究基于電磁散射機理的目標特征提取。建立了基于電磁散射機理的散射中心模型，分析了典型散射中心模型的關系和散射中心參數(shù)的影響。針對散射中心參數(shù)維度高、運算

5、困難的問題，提出一種針對獨立散射中心的參數(shù)解耦合的估計方法;在高斯白噪聲背景下，通過樣本選擇估計逼近理想情況。針對多散射中心的雷達圖像，提出一種基于RELAX迭代估計散射中心參數(shù)的方法，避免了傳統(tǒng)算法運算量大和散射中心定階困難的問題，并推導了散射中心參數(shù)搜索的最小間隔。為了降低采用RELAX迭代估計過程中相互迭代引起的運算量，提出利用正交匹配追蹤的方法通過更新字典來更新估計參數(shù)，有效降低了運算量。針對連續(xù)部件在不同極化圖像上表現(xiàn)各異的問

6、題，利用同一散射中心的屬性參數(shù)在各極化通道下一致的特點，提出一種聯(lián)合多極化通道的參數(shù)提取方法。
　　其次，研究基于電磁特征的應用。提出了基于提取電磁特征的目標檢測算法，利用提取的散射中心特征對人造目標進行散射中心級的目標檢測，解決了傳統(tǒng)的像素級目標檢測算法忽略屬于同一部件的各像素間的相關性而導致的對噪聲敏感和檢測部件不連續(xù)的問題。利用聯(lián)合極化提取的特征參數(shù)構造散射中心的散射矩陣，通過對散射中心的散射矩陣進行極化分析，提出了一種基于

7、電磁參數(shù)化模型的極化分解方法;該方法以散射中心的散射矩陣為單位進行極化分解，有效解決了傳統(tǒng)基于像素散射矩陣分解方法所面臨的部件結構不連續(xù)、對噪聲敏感等問題。
　　最后，研究基于電磁散射機理的擴展應用。通過提取的少量電磁特征參數(shù)可重構目標信號模型使數(shù)據(jù)量得到有效壓縮;在此基礎上通過對重構目標信號模型進行頻率和角度帶寬的外推，提出了一種基于電磁參數(shù)化模型的超分辨成像算法，保證了部件的連續(xù)性和抗噪性。針對天波超視距雷達的瞬態(tài)干擾信號在多