低空近海旋翼无人机的ISAR成像研究

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雷达对海监测一直是我国军事领域的重点研究领域,逆合成孔径雷达(Inverse synthetic aperture radar,ISAR)作为岸对海侦察检测的有力工具,是国际上的热点与前沿的研究方向。无人机由于其生产成本低廉且向着产业化的方向发展,其系统也在朝着侦察-防御-攻击一体化的模式转变,在海情侦察以及海域资源监测的应用越来越广泛,故针对低空近海端飞行的无人机的ISAR雷达检测技术的研究在现阶段显得尤为紧要。本课题首先依据低空近海环境的背景分析和仿真了四旋翼无人机的成像背景和飞行状态。对无人机ISAR成像中遇到的海杂波以及自身旋翼部件产生的微多普勒效应介绍了其原理并进行了仿真,并探究了这两种现象对无人机成像效果带来的干扰,为后文对海杂波以及微多普勒干扰的抑制奠定了基础。其次采用了时频分析的方法对杂波和干扰进行了分析和抑制。本文将近些年提出的时频后处理方法——同步压缩变换方法(Synchrosqueezing Trans fo rm,SST)引入到了IS AR杂波抑制领域,对雷达回波进行时频分析,并与多种时频分析方法进行了对比,验证了其能够获得更高的时频分辨力以及更强的时频聚集性。然后在其提供的高时频分辨率和时频聚集效果的时频图上进一步采用了时频脊提取算法,来提取目标特征,此操作能够基本抑制掉微多普勒效应,且突出了目标与海杂波之间的差异,为后文杂波的进一步去除提供了条件。在多种抑制杂波的手段中,各种方法都有其特有的优缺点,现在越来越倾向于用多种方法结合的手段对进行杂波干扰的抑制。由于在SST处理和提取时频脊的操作中能够基本抑制无人机旋翼部件产生的微多普勒效应,同时也会提取目标特征,使得目标与海杂波之间的差异更加明显,因此本文又引入了有序统计量的恒虚警检测技术(order statistic CFAR,OS-CFAR),其能够保持虚警概率与目标分辨能力的平衡,然后采用此方法将目标与海杂波分离,实现了海杂波的抑制,课题通过仿真和实测数据实验证明了其在杂波抑制中的效果,最终获得了清晰的无人机主体图像。
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