窄带外辐射源雷达3D成像方法研究

Three-dimensional (3-D) imaging technique is one of the most important areas in modern radar imaging domain, which has the potentials of being widely used in earth remote sensing and military surveillance. However, the external illuminator radar imaging technique based on civilian narrow band signal can only be implemented for two-dimensional (2-D) imaging. According to this constraint, we proceed to develop a 3-D imaging technique based on the civilian narrow band external illuminator. Firstly, the imaging system is modeled according to the practical situation, and the imaging capability of this model is discussed. Then, the signal form of the echo is analyzed, and the focusing algorithm is designed accordingly, and also the applicability of the time domain and the frequency domain algorithms is analyzed. In order to improve the focusing quality, we investigate the external illuminator 3-D imaging technique based on sidelobe reduction to solve the overhigh sidelobe problem existed in the ordinary external illuminator radar imaging technique. We also investigate external illuminator 3-D super-resolution imaging technique to solve the problems of data sparsity existed in small rotational angle applications and of the deterioration of the imaging performance. Via the above mentioned investigation, we want to provide a theoretical 3-D imaging framework of the narrow band external illuminator radar, and to explore a new radar imaging domain to provide a brand new technique and theoretical basis for the low space target recognition applications.

3D雷达成像技术是现代雷达成像领域的一个前沿和热点课题，在地理遥感和军事侦查领域有广阔应用前景。而目前我国在窄带外辐射源雷达成像技术领域的研究还处于2D成像阶段。针对此问题，本项目拟开展基于民用窄带信号的外辐射源雷达3D成像技术研究。首先根据实际情况对成像系统建模，讨论模型的成像能力；然后分析回波信号形式，根据回波信号形式设计聚焦算法，并分析时域和频域算法在各情况下的适用性；同时，为提高聚焦质量，针对外辐射源雷达成像技术旁瓣过高的问题，拟开展基于旁瓣抑制的外辐射源3D成像技术研究；针对小转动角成像数据稀疏，成像效果恶化的问题，拟进行外辐射源3D超分辨成像技术研究。通过上述研究，力争建立窄带外辐射源雷达3D成像理论框架，形成基本理论体系，并为低空目标识别提供一种新的技术手段和理论基础。

本项目围绕着窄带无源雷达3D成像技术展开研究，并将研究范围从三维拓展至一维至三维的系列研究。在无源雷达成像系统建模方面，针对一维成像（测向）系统提出了接收机圆形扫描固定目标测向系统，并基于该系统提出椭圆扫描、螺旋扫描、双接收机等测向系统；针对二维成像系统建模问题提出了由一个外辐射源、多个接收机（最少要有三个不共线的绕各自转动中心转动接收机）构成的固定目标成像或定位系统以及一种单发多收（接收机固定）运动目标成像系统；针对三维成像建模问题提出在不同时间绕不同转动轴转动的分时转动成像模型。在聚焦算法研究方面，讨论了时域成像算法和频域成像算法。研究发现，如果转台转动不规则或者频谱不规则，频域算法无法应用。对于本项目所建立的成像模型，时域算法均可进行成像，而频域算法则受到成像模型限制。在对分时转动模型进行窄带无源雷达三维成像时，所用到的回波信号的三维频谱不规则，所以采用了时域成像算法进行处理。基于窄带无源雷达成像模式的限制，相邻散射点之间的成像结果干扰严重，分辨性能不佳，所以本研究利用压缩感知技术展开了超分辨成像研究，分别采用平滑L0算法进行二维孔径缺失超分辨成像研究和正交匹配跟踪算法进行小转动角超分辨三维成像研究算法，其成像效果相比于常规的时域或频域算法均有较大提升。本项目对无源雷达信号预处理方面进行了系列研究。针对无源雷达网络中接收站选择问题，提出基于多目标多伯努利滤波器的接收站自适应选择方法。针对无源雷达参考通道中的多径问题，提出了强多径信号情况下的无源雷达参考信号提纯方法和多径干扰抑制方法。针对回波通道中含有同频干扰的问题，提出了一种无源雷达同频干扰的抑制方法。针对无源雷达系统中由于直达波信号参数估计误差导致杂波抑制性能下降、微弱目标检测性能恶化的问题，提出一种微弱目标检测方法。