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基于SAR地面目标微多普勒特征提取

作　者: 杨鸣宇
导　师: 徐定杰
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 导航、制导与控制
关键词: 合成孔径雷达微多普勒时频分析经验模式分解成像补偿
分类号: TN958
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

作为一种高分辨率成像雷达,合成孔径雷达具有成像精度高,全天候成像,适应性强等特点,已经成为雷达研究领域中的一个重要方向,在实际应用中具有不可代替的地位。然而,随着雷达成像技术与反目标识别技术的发展,飞机、卫星等不同载体对合成孔径雷达的性能要求也逐渐提高,如何有效克服微动目标对于合成孔径雷达成像精度的影响是系统中目前存在的主要技术难点。微动是指物体除了质心的平动以外所存在的微小幅度的振动、转动以及其他形式的高阶运动。运动目标的雷达回波具有多普勒效应,目标的微动也会对雷达回波产生多普勒调制作用,即微多普勒效应。其影响主要表现在微动目标会使合成孔径雷达的成像变得模糊,所以本文主要针对合成孔径雷达系统研究如何提取出微动目标的微动特征,然后利用所提取的微动特征对合成孔径雷达的图像进行补偿。为了克服合成孔径雷达中微动目标引起的成像模糊现象,本文围绕目标微动特征提取与合成孔径雷达成像补偿问题展开研究；首先针对合成孔径雷达的微多普勒效应建模方法展开研究,在所建模型的基础之上对建模过程进行了数学推导,为提取微动目标的微动特征奠定了理论基础；然后针对振动与转动两种典型微动形式,建立了常规雷达与合成孔径雷达微多普勒效应模型；分析了目标微动参数与雷达的运动参数对合成孔径雷达微动效应的影响,指出了微动目标特征提取的关键参数。时频分析是微动目标特征提取的关键技术,本文以Wigner-Ville分布与短时傅立叶变换为基础展开研究,综合分析了各种时频分析技术的优越性及局限性；将S时频分析成功应用于合成孔径雷达系统,通过仿真实验证明S时频分析具有较高的时频聚集性。为了实现合成孔径雷达微多普勒的特征提取与成像补偿,本研究采用S时频分析与经验模式分解法相结合的方法分别提取了单一微动目标与多微动目标的微动特征,根据所提取的微动特征对合成孔径雷达微动目标成像进行补偿,并通过仿真实验证明了该方法的正确性。文章最后对全文进行了总结,指出了本文研究内容的进一步研究方向以及微多普勒效应研究的发展方向。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-10
第1章绪论  10-16
  1.1 课题研究的背景、目的和意义  10-11
  1.2 雷达微多普勒效应的研究现状  11-14
    1.2.1 国外研究现状  11-14
    1.2.2 国内研究现状  14
  1.3 论文内容及结构  14-16
第2章合成孔径雷达微多普勒效应理论  16-26
  2.1 多普勒效应及微多普勒效应  16-17
    2.1.1 多普勒效应原理  16
    2.1.2 微多普勒效应原理  16-17
  2.2 常规雷达微多普勒效应  17-20
    2.2.1 微多普勒效应电磁场理论  17-18
    2.2.2 单一微动目标微多普勒效应模型  18-20
  2.3 常见运动模式微多普勒效应  20-21
    2.3.1 二阶运动  20-21
    2.3.2 阻尼运动  21
    2.3.3 复合运动  21
  2.4 合成孔径雷达微多普勒效应  21-25
    2.4.1 合成孔径雷达原理  21-24
    2.4.2 SAR微多普勒效应建模  24-25
  2.5 本章小结  25-26
第3章典型微动效应建模方法研究  26-39
  3.1 振动目标的微多普勒效应建模  26-31
    3.1.1 单频振动微多普勒  26-29
    3.1.2 多频振动微多普勒  29-30
    3.1.3 高阶运动微多普勒  30
    3.1.4 仿真实验  30-31
  3.2 转动目标的微多普勒效应模型  31-33
  3.3 SAR微动目标微多普勒效应模型  33-37
    3.3.1 SAR振动目标微多普勒效应  34-36
    3.3.2 SAR微转动目标微多普勒效应  36-37
  3.4 本章小结  37-39
第4章 SAR微动目标成像及时频分析方法研究  39-57
  4.1 时频分析方法概述  39-41
    4.1.1 非平稳随机信号  39-40
    4.1.2 瞬时频率和群延迟  40
    4.1.3 信号分辨率  40-41
  4.2 基于短时傅立叶变换时频分析  41-44
    4.2.1 短时傅立叶变换基本概念  41-42
    4.2.2 短时傅立叶变换仿真实验  42-44
  4.3 基于二次型时频变换  44-49
    4.3.1 Wigner-ville分布  44-46
    4.3.2 时频分布处理  46-47
    4.3.3 二次型时频分析仿真实验  47-49
  4.4 S时频分析  49-50
    4.4.1 S时频分析原理  49-50
    4.4.2 S时频分析仿真  50
  4.5 SAR微动目标成像  50-56
    4.5.1 线性调频信号  51-52
    4.5.2 脉冲压缩  52-53
    4.5.3 距离徒动校正  53-54
    4.5.4 微动目标成像分析  54-56
  4.6 本章小结  56-57
第5章 SAR微动目标特征提取及成像补偿  57-68
  5.1 SAR方位向回波处理  57-59
    5.1.1 回波多普勒去斜处理  57-58
    5.1.2 回波瞬时频率估计  58-59
  5.2 微动特征提取及成像补偿  59-61
    5.2.1 EMD算法原理  59-61
    5.2.2 SAR微动目标成像补偿原理  61
  5.3 基于EMD微动特征提取及成像补偿仿真与分析  61-67
  5.4 本章小结  67-68
结论  68-69
参考文献  69-73
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  73-74
致谢  74

基于SAR地面目标微多普勒特征提取

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