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EMD算法在雷达成像中的应用

作　者: 李秒余
导　师: 皮亦鸣
学　校: 电子科技大学
专　业: 电路与系统
关键词: 合成孔径雷达逆合成孔径雷达经验模态分解(EMD) 本征模态函数
分类号: TN957.52
类　型: 硕士论文
年　份: 2006年
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内容摘要

成像雷达具有全天候、全天时、远距离和宽广观测带等优点,已被广泛应用于军事侦察、遥感测绘等领域。合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)能够获得高分辨率微波遥感图像,是雷达成像的重要技术。而目前SAR和ISAR获得的雷达图像的分辨率已不能满足某些应用场合的需要,因此继续提高SAR和ISAR成像结果的分辨率已成为雷达成像技术的研究重点与热点。经验模态分解(EMD: Empirical mode decomposition)方法能够把时间序列信号分解成有限数目的本征模态函数(IMF: Instrinsic mode function),分解结果按频率高低分布。由于EMD算法一开始并不是在雷达领域发展的,文献中已有的算法主要是针对海波、地震波等,所以本文首先分析了适用于雷达信号的EMD算法,并从SAR和ISAR回波信号的特点出发,以EMD算法分解后的雷达信号为基础,针对目前SAR成像中的高分辨问题、ISAR中非匀速和多目标成像清晰度不高等问题,研究了EMD算法在SAR与ISAR成像处理中的应用,并采用大量仿真试验对研究成果进行了验证。本文的主要工作如下:1、在SAR成像应用中,通过分析匹配滤波前后回波的EMD分解结果,得出EMD分解在流程中的位置;通过对IMF分量与余量的分析,给出了优于常用方法的抑制匹配滤波后回波旁瓣方法,并克服EMD方法自身的某些缺点,从而在含噪声条件下使SAR成像结果更加清晰。2、针对高速和加速度并存的机动目标,通过对回波信号的EMD分解,去除由于高速和加速度产生的高频成分,用优化后的余量进行ISAR成像。3、研究了多弹头分导的多目标ISAR成像。利用各弹头间速度或加速度的不同,采用EMD分解算法,分析了各IMF分量与多目标之间的对应关系,利用IMF分量实现了ISAR对多个目标进行成像识别的可能性,为进一步的目标识别工作奠定了基础。通过本文的研究发现,利用EMD算法进行雷达目标成像,通过对信号进行分频,能够将复杂的回波信号分解成多个频率,从而能够提供高质量的成像结果。

全文目录

摘要  4-5
ABSTRACT  5-9
第一章引言  9-14
  1.1 国内外成像雷达发展动态  10-11
  1.2 本文研究背景及意义  11-12
  1.3 本文的主要工作及结构安排  12-14
第二章雷达成像原理  14-26
  2.1 SAR 成像基本原理  14-17
    2.1.1 SAR 回波信号的多普勒历史  14-16
    2.1.2 距离-多普勒成像算法  16-17
  2.2 逆合成孔径雷达成像原理  17-26
    2.2.1 目标旋转飞行  17-20
    2.2.2 旋转目标成像的信号处理  20-21
    2.2.3 直线运动目标成像模型  21-24
    2.2.4 直线运动目标成像的信号处理  24-26
第三章 EMD算法及其发展  26-36
  3.1 引言  26
  3.2 EMD 算法  26-32
    3.2.1 平稳信号与非平稳信号  26-27
    3.2.2 希尔伯特黄变换  27-28
    3.2.3 EMD 分解原理  28-29
    3.2.4 EMD 算法对多频率信号的分解  29-32
  3.3 EMD 方法目前的发展概况  32-34
    3.3.1 EMD 方法的优点和缺点  32-33
    3.3.2 EMD 端点问题  33-34
    3.3.3 EMD 应用领域  34
  3.4 本章小结  34-36
第四章 EMD算法在SAR 成像中的应用  36-47
  4.1 多普勒效应  36-37
  4.2 SAR 成像过程中旁瓣的产生与影响  37-40
    4.2.1 SAR 成像模型  37-39
    4.2.2 脉冲响应函数  39-40
    4.2.3 旁瓣比对图像质量评估的影响  40
  4.3 EMD 方法在RD 算法中的应用  40-46
    4.3.1 理想状态下对匹配滤波的优化  41-43
    4.3.2 加性白噪声状态下对匹配滤波的优化  43-46
  4.4 仿真处理结果  46
  4.5 本章小结  46-47
第五章 EMD算法在ISAR 成像中的应用  47-62
  5.1 引言  47
  5.2 ISAR 运动补偿  47-50
  5.3 包络对齐方法  50-53
    5.3.1 包络对齐的互相关法  51-52
    5.3.2 包络对齐的最小熵方法  52-53
  5.4 相位补偿  53-55
    5.4.1 相位基准判别准则  53-54
    5.4.2 相位基准运动补偿法  54-55
  5.5 机动目标成像  55-60
    5.5.1 单点机动目标成像  56-57
    5.5.2 飞机机动目标成像  57-60
  5.6 本章小结  60-62
第六章 EMD在多目标成像中的应用  62-70
  6.1 引言  62-63
  6.2 多弹头分导的ISAR 多目标成像  63-69
  6.3 本章小结  69-70
第七章结束语  70-72
  7.1 本文工作总结  70-71
  7.2 工作展望  71-72
致谢  72-73
参考文献  73-75
研究成果  75

EMD算法在雷达成像中的应用

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