基于散射中心模型的高分辨雷达成像及特征提取技术研究

Under the conditions of complex observation with large bandwidth, wide viewing angle and multi-polarization, the electromagnetic scattering of the target to be detected presents complicated scattering characteristics, so the conventional imaging algorithms based on the assumption that the scattering characteristics do not change have difficulties in obtaining a high-precision image. To objectively describe the motion, geometry and scattering characteristics of the target with high-resolution radar imaging, it is necessary to do systematic study of the scattering center's scattering mechanisms, scattering model, high-precision imaging and its feature extraction.This research project studies the complicated electromagnetic scattering target with the spectral estimation,time-frequency analysis and sparse signal processing and aims to study the high-resolution radar imaging and its feature extraction with the model of a feature scattering center. It studies the scattering mechanisms of a typical feature scattering center, sets up its parametric model, uses the model to explore the high-precision radar imaging algorithm and study the radar signal and imaging enhancement and high-precision extraction of the scattering parameters of the target, sets up a platform for innovative experiment and verifies the models of various feature scattering centers, the imaging algorithm and the feature extraction algorithm based on the models of feature scattering centers.The research project will provide a theoretical basis and technical support for the subsequent target recognition and classification, which will be widely used in various kinds of radar imaging.

在大带宽、大视角和多极化等复杂观测条件下，被探测目标的电磁散射呈现复杂特性，基于散射特性不变假设的传统成像算法难以对其高精度成像。利用高分辨成像对目标的运动、几何和散射特性进行客观描述，需要从目标散射中心的散射机理及模型、高精度成像和散射特性提取等多个方面进行系统研究。本项目以复杂电磁散射目标为研究对象，利用现代谱估计、时频分析、稀疏信号处理等技术，拟开展基于特征散射中心模型的高分辨雷达成像与特征提取的基础理论和关键技术研究，研究典型特征散射中心的散射机理、建立特征散射中心的参数化模型，探索基于特征散射中心模型的高精度成像算法，研究基于特征散射中心模型的雷达信号、成像增强技术和目标散射参数高精度提取技术，并搭建创新性实验平台，验证各类特征散射中心理论模型和基于特征散射中心模型的成像和特征提取算法。本项目的研究将为后续目标识别和分类提供理论基础与技术支撑，有望大范围运用于各种载体雷达成像中。

本项目以复杂电磁散射目标为研究对象，利用现代谱估计、时频分析、稀疏信号处理等技术，开展了基于特征散射中心模型的高分辨雷达成像与特征提取的基础理论和关键技术研究。研究各类目标特征散射中心的传递函数，分析和研究了目标目标散射中心的尺寸、极化、视角、频率和时相等的参数化表征，给出了多通道、多极化、大角度条件下的目标回波联合稀疏表征模型，以及机动目标和自旋目标的回波表征模型；在特征散射中心模型构建和分析的基础上，提出了针对机动目标，自旋目标，近场目标，多通道SAR，大角度SAR，圆周SAR等的各类二维、三维新成像算法和方法，提高了成像精度和分辨率；根据目标特征散射中心模型，分析了各类成像方法中目标运动参数误差、遮挡效应、网格误差、相位误差、旁瓣、噪声等的作用机理和对成像的影响，改进了现有成像算法，使得目标本身散射信息获得了加强和精确重建，提高了成像精度和信噪比；通过分析各类参数对目标与回波之间相互作用关系的影响，构建了优化求解模型，提出了适应于不同成像条件的参数优化求解算法；通过搭建创新型实验平台，进行了多种典型和复杂目标的微波暗室半物理仿真实验，研究了微波暗室对消技术和微波暗室校准技术，录取了一批各类目标的多通道、多极化、大带宽和大角度条件下的回波数据，对提出的各类模型、算法和方法进行了实验验证、分析和优化。本项目的研究完善了现有雷达成像技术，提高了各类复杂目标在大带宽、大角度、多极化、多视角观测条件下的成像精度，项目成果将为后续目标识别和分类提供理论基础与技术支撑，并且有望大范围运用于各种雷达成像系统中。