空间微动目标干涉式三维成像机理与特征提取技术研究

The three-dimensional (3D) imaging and three-dimensional micromotion feature extraction techniques for space targets based on the micro-Doppler effect theory can provide significant information for target recognition. In the existing methods, the 3D imaging and micromotion feature extraction techniques based on monostatic radar can neither determine the real spatial position of target’s scattering points, nor obtain the real 3D micromotion parameters of target; the 3D imaging and micromotion feature extraction techniques based on bistatic/multistatic radar are faced with the difficulties of quite sophisticated signal processing and system implementation. In this project, the idea of multi-antenna interferometry processing from interferometric inverse synthetic aperture radar (InISAR) is introduced into the 3D imaging and 3D micromotion feature extraction of space targets. Based on the integration of micro-Doppler effect theory and multi-antenna interferometry processing technology, through researching on interferometric 3D imaging mechanism and feature extraction techniques for micromotional space targets, the general solution of the interferometric 3D imaging for micromotional targets can be raised. The new systematical techniques of 3D imaging and 3D micromotion feature extraction for space targets can also be proposed accordingly. The research can not only enrich and improve the micro-Doppler theory, but also provide novel technical approaches for feature extraction of space targets. This project could be considered as the deepening and expansion of the previous projects funded by Chinese Nature Science Foundation. The prospective achievements of the project can be expected to have wide applications in space target cataloging, Air Defense & Anti-ballistic Missile as well as other fields.

基于微多普勒效应理论的空间微动目标三维成像与三维微动特征提取技术可为目标识别提供重要特征信息。现有的基于单基雷达的三维成像与微动特征提取方法既无法确定目标散射点的真实空间位置，也难以获得目标真实的三维微动参数；而基于双/多基雷达的三维成像与微动特征提取方法则面临着信号处理复杂、系统实现困难等问题。本项目将干涉式逆合成孔径雷达中多天线干涉处理的思想引入到空间微动目标三维成像与三维微动特征提取中，将微多普勒效应理论与多天线干涉处理技术相结合，针对空间微动目标干涉式三维成像机理与三维微动特征提取技术开展研究，建立微动目标干涉式三维成像的一般方法，提出较为系统的空间微动目标三维成像与三维微动特征提取新技术，进一步丰富发展雷达目标微多普勒效应理论，为空间目标特征提取提供新的技术途径。本项目是前期国家自然科学基金项目研究的深化和拓展，预期研究结果在空间目标编目、防空反导目标识别等领域具有广泛应用前景。

本项目将微多普勒效应理论与多天线干涉处理技术相结合，针对空间微动目标干涉式三维成像机理与三维微动特征提取技术开展了研究，建立起了较为系统的微动目标干涉三维成像理论，提出了一系列空间微动目标干涉式三维成像与特征提取方法，丰富了微多普勒效应理论，为促进空间目标探测与识别技术的发展、提升我国空间目标识别能力提供了理论基础和技术支撑。项目主要取得了以下理论研究成果：（1）建立了干涉成像系统中空间微动目标回波的一般模型，提出了窄带/宽带雷达中自旋目标、光滑旋转对称进动目标、非光滑旋转对称进动目标等不同微动目标的干涉成像模型；（2）提出了较为系统的基于微多普勒效应的干涉式三维成像方法，解决了多散射中心分离、干涉相位信息提取、三维散射分布重构等问题，研究了多周期观测、欠采样、目标高速平动等多种条件下的干涉三维成像方法；（3）研究了分析斜视观测对微动目标干涉成像的影响，提出了成像畸变校正方法，实现了目标在斜视模式下的真实时变三维成像；（4）提出了较为系统的空间目标三维微动特征提取方法，分别建立了基于正弦调频傅里叶变换、贝叶斯连续压缩感知等的微动特征提取方法，实现了对不同类型微动目标的微动特征提取。项目出版英文专著1部，发表学术论文38篇，其中SCI检索期刊论文12篇，EI检索期刊及会议论文16篇，中文核心期刊及中文会议论文10篇。项目组成员分别入选全军科技领军人才培养对象、空军高层次科技人才、陕西省青年科技新星。项目组成员共参加国内会议3人次，国内举办的国际会议9人次，国外举办的国际会议1人次。申报发明专利10项，目前已授权4项。项目共培养博士研究生4名、硕士研究生4名，1篇博士学位论文获中国电子教育学会优秀博士学位论文奖。