針對(duì)快速空天目標(biāo)的步進(jìn)isar成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)遙感信號(hào)處理及遙感成像方法領(lǐng)域，具體是針對(duì)快速空天目標(biāo)的 一種步進(jìn)ISAR成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 作為一種全天候、全天時(shí)、遠(yuǎn)距離的信息獲取手段，逆合成孔徑雷達(dá)（Inverse SyntheticApertureRadar,ISAR)能夠在復(fù)雜環(huán)境下完成光學(xué)雷達(dá)、紅外雷達(dá)難以完成的 偵察和監(jiān)視任務(wù)，得到高分辨的ISAR二維圖像。ISAR圖像可以用來對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行識(shí)別 和分類，戰(zhàn)場(chǎng)預(yù)警及監(jiān)視，飛機(jī)塔臺(tái)控制和空間目標(biāo)監(jiān)視等，在軍事和民用上都有廣泛的應(yīng) 用。為了得到目標(biāo)更細(xì)致的特征信息，需要獲得目標(biāo)高分辨率的ISAR圖像，這就要求雷達(dá) 發(fā)射帶寬盡可能大的信號(hào)，但大帶寬信號(hào)對(duì)雷達(dá)接收機(jī)的要求較高。當(dāng)發(fā)射步進(jìn)頻率電磁 波時(shí)，可以利用一個(gè)頻率可變的窄帶雷達(dá)接收機(jī)進(jìn)行回波接收，再通過后期數(shù)據(jù)處理將步 進(jìn)頻率信號(hào)合成為一個(gè)大帶寬信號(hào)。這樣大大降低了瞬時(shí)接收帶寬和雷達(dá)系統(tǒng)的采樣頻 率，降低了雷達(dá)硬件成本，因而被廣泛應(yīng)用。
[0003] 然而，步進(jìn)頻率信號(hào)的帶寬合成對(duì)雷達(dá)回波的相位非常敏感，對(duì)快速空天目標(biāo)進(jìn) 行觀測(cè)時(shí)，目標(biāo)運(yùn)動(dòng)帶來的多普勒使得不同子帶之間存在相位差異，從而降低回波信號(hào)相 干性，導(dǎo)致步進(jìn)頻率信號(hào)帶寬合成的失配，影響最終的成像效果。目前步進(jìn)ISAR成像方 法都是基于"一步一停"近似回波模型，且依靠包絡(luò)對(duì)齊和相位自聚焦技術(shù)完成運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償， Liu.Y等依靠步進(jìn)頻子帶之間重疊帶寬的相關(guān)性來估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)，Karakasiliotis等 在高信噪比條件下通過測(cè)量距離向偏移來估計(jì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)。以上方法對(duì)快速空天目標(biāo)進(jìn) 行ISAR成像時(shí)，由于"一步一停"回波模型和真實(shí)情況之間存在誤差，從而導(dǎo)致了成像處理 中各步進(jìn)頻率回波相位之間的差異，降低頻帶合成后的成像效果，因此并不能很好地解決 快速目標(biāo)步進(jìn)頻率ISAR成像處理問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的是提供一種針對(duì)快速空天目標(biāo)的步進(jìn)ISAR成像方法，旨在以更精 確的回波表達(dá)和子帶處理獲得更好的頻帶合成結(jié)果，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0005] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：
[0006] 快速空天目標(biāo)步進(jìn)ISAR成像處理方法，其特征在于：包括以下步驟：
[0007] (1)在精確回波信號(hào)模型下表示步進(jìn)ISAR接收到的快速空天目標(biāo)的反射回波信 號(hào)：
[0008]
[0009] 其中，f為快時(shí)間，tn為慢時(shí)間，t為回波延遲，〇 p為目標(biāo)散為射點(diǎn)的后向散射系 數(shù)，Y為發(fā)射信號(hào)的調(diào)頻率，匕為信號(hào)載頻，^為距離向矩形窗函數(shù)，exp為以自然對(duì)數(shù) e為底的指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)單位；
[0010] ⑵對(duì)回波進(jìn)行數(shù)據(jù)處理得到無模糊的理想的步進(jìn)ISAR回波信號(hào)，過程如下：
[0011] 2a)抑制目標(biāo)回波多普勒模糊：
[0012] 在距離頻域-方位時(shí)域構(gòu)建方位去斜函數(shù)Hd (f；，tj:
[0013]
[0014] 其中，f；為距離頻率，t"為慢時(shí)間，v^為目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度，a1^為目標(biāo)加速度，c為光速， j為虛數(shù)單位；
[0015] 2b)重建不同步進(jìn)頻率子帶之間的相關(guān)性：
[0016] 在二維頻率域構(gòu)造方位時(shí)移相位的補(bǔ)償函數(shù)私(f；，fa):
[0017] H； (fr,fa) =exp(-j2nfat;),
[0018] 其中，f；為距離頻率，fa為方位頻率，ti為不同步進(jìn)頻率信號(hào)之間的發(fā)射時(shí)間差， j為虛數(shù)單位；
[0019] 2c)校正不同步進(jìn)頻率子帶的頻譜中心：
[0020] 在距離頻域-方位時(shí)域構(gòu)建頻譜中心校正函數(shù)Hg (f；):
[0021]
[0022] 其中，f；為距離頻率，fn為信號(hào)載頻，j為虛數(shù)單位，a= (c-vJAc+vJ是縮放因 子，0 = 2vy(c+v^)是頻率中心移動(dòng)因子，a和0都與目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度V肩關(guān)；
[0023] (3)對(duì)完成解模糊處理的回波信號(hào)進(jìn)行帶寬合成和距離壓縮，得到高分辨率的聚 焦結(jié)果，過程如下：
[0024]3a)在距離頻域?qū)⒉竭M(jìn)ISAR不同頻率的回波信號(hào)進(jìn)行頻帶拼接，獲得一個(gè)大的合 成帶寬的回波信號(hào)；若將N個(gè)子帶進(jìn)行頻帶拼接，則合成后的帶寬是子帶帶寬的N倍，距離 分辨率也將提高N倍；
[0025]3b)根據(jù)回波信號(hào)形式，構(gòu)建距離壓縮匹配濾波函數(shù):
[0026] Hmat (fr) =exp(jnfr2/y),
[0027] 其中，f；為距離頻率，Y為發(fā)射信號(hào)的調(diào)頻率；
[0028] 3c)、將匹配濾波函數(shù)與完成帶寬合成后的回波信號(hào)相乘，再變換到距離時(shí)域即可 完成距離向的聚焦；
[0029](4)利用楔石變換/f。消除方位向的頻率空變，得到距離時(shí)域-方位頻域里 二維聚焦的目標(biāo)圖像。
[0030] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0031] 1)本發(fā)明是針對(duì)雷達(dá)發(fā)射的大時(shí)寬帶寬積信號(hào)提出的一種ISAR成像方法，充分 考慮到大時(shí)寬帶寬積信號(hào)處理過程中的特殊性，有效地簡(jiǎn)化了大時(shí)寬帶寬積信號(hào)的處理流 程。
[0032] 2)本發(fā)明考慮了快速空天目標(biāo)的回波特點(diǎn)，提出了相應(yīng)的處理方法，有效地抑制 了快速空天目標(biāo)回波中的模糊、重建了步進(jìn)子帶之間的相干性，并且校正了各子帶的頻率 中心，解決了步進(jìn)頻帶的合成問題。
[0033] 3)本發(fā)明提出的針對(duì)快速空天目標(biāo)的步進(jìn)ISAR成像方法有效還原了空天目標(biāo) ISAR回波的真實(shí)情況，并獲得了較好的高分辨率的成像聚焦結(jié)果。
【附圖說明】
[0034] 圖1是本發(fā)明的快速空天目標(biāo)步進(jìn)ISAR成像方法流程圖。
[0035] 圖2是"一步一停"模型下快速空天目標(biāo)步進(jìn)ISAR的成像結(jié)果圖。
[0036] 圖3是本發(fā)明中成像方法得到的快速空天目標(biāo)步進(jìn)ISAR的成像結(jié)果圖。
【具體實(shí)施方式】
[0037] 快速空天目標(biāo)步進(jìn)ISAR成像方法，包括以下步驟：
[0038] 步驟一在精確回波信號(hào)模型下表示步進(jìn)ISAR接收到的快速空天目標(biāo)的反射回波 信號(hào)：
[0039]
[0040] 其中，f為快時(shí)間，tn為慢時(shí)間，t為回波延遲，〇 p為目標(biāo)散為射點(diǎn)的后向散射系 數(shù)，Y為發(fā)射信號(hào)的調(diào)頻率，fn為信號(hào)載頻，為距離向矩形窗函數(shù)，exp為以自然對(duì)數(shù) e為底的指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)單位。
[0041] 步驟二對(duì)快速空天目標(biāo)的回波信號(hào)進(jìn)行譜分析，發(fā)現(xiàn)步進(jìn)信號(hào)中不同子帶的多普 勒模糊數(shù)不統(tǒng)一，子帶之間的信號(hào)相干性損失，各子帶的頻譜中心偏移不同。這三個(gè)情況在 傳統(tǒng)"一步一停"回波信號(hào)模型中不曾出現(xiàn)。針對(duì)快速空天目標(biāo)的回波特性，進(jìn)行對(duì)應(yīng)的數(shù) 據(jù)處理得到無模糊的理想的步進(jìn)ISAR回波信號(hào)，過程如下：
[0042] a)抑制目標(biāo)回波多普勒模糊：
[0043] 在距離頻域-方位時(shí)域構(gòu)建方位去斜函數(shù)Hd (f；，tj:
[0044]
[0045] 其中，f；為距離頻率，t"為慢時(shí)間，v^為目