基于方位定標的ISAR精確成像方法

蘇軍海

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西西安710068）

基于方位定標的ISAR精確成像方法

蘇軍海

（中國電子科技集團公司第二十研究所，陜西西安710068）

提出一種基于方位定標的ISAR精確成像方法。通過將接收回波信號考慮為二次信號項和公式推導(dǎo)，有效轉(zhuǎn)動向量可以利用調(diào)頻率和距離之間的系數(shù)獲得。進一步構(gòu)造二次相位項對每一個距離單元的信號進行補償?shù)玫搅私?jīng)過定標的聚焦圖像。最后通過仿真和實測數(shù)據(jù)的處理驗證了所提方法的有效性。

方位向定標；精確成像；逆合成孔徑雷達(ISAR)

引言

逆合成孔徑雷達能夠?qū)Ψ呛献鬟\動目標進行成像，進而利用一維距離像或者二維ISAR像對目標進行識別，是目標識別發(fā)展的一個方向。ISAR成像一般獲取的是目標的距離-多普勒像，與目標的真實尺寸還是有區(qū)別的，然而在自動目標識別系統(tǒng)中，獲取目標的真實尺寸還是很重要的。這時就必須獲取目標成像的轉(zhuǎn)角，歸根到底就是要獲取目標的有效轉(zhuǎn)動向量(ERV)的估計。

對于有效轉(zhuǎn)動向量模值的估計已經(jīng)有好多文獻提出了多種方法[1-4]，文獻[1]由三次相位信號的系數(shù)確定轉(zhuǎn)動速度，文獻[2]采用一種沒有先驗知識的技術(shù)用于轉(zhuǎn)動速度估計，利用了散射中心調(diào)頻率中蘊含的信息。文獻[3]提出一種基于旋轉(zhuǎn)相關(guān)概念的方法用于轉(zhuǎn)動速度估計，文獻[4]提出一種基于相關(guān)函數(shù)的方法，該方法依賴于仔細選擇的兩個距離單元信號。

本文提出了一種基于方位定標的ISAR精確成像方法。在獲取目標的有效轉(zhuǎn)動向量后，對于各距離單元的二次相位項進行補償，從而可以同時獲取目標的精確圖像和定標圖像。

1　轉(zhuǎn)動向量估計

基于文獻[2]中的ISAR模型，平動補償和距離壓縮后，理想散射點的接收信號為

其中：B是發(fā)射信號帶寬，fc是載頻，c是光速，Tobs是觀測時間，Ωeff是有效轉(zhuǎn)動向量，t?是快時間，tm是慢時間。

觀察一個距離單元的信號，其由3項組成，第一項與目標的距離有關(guān)，第二項與目標的方位尺寸有關(guān)和有效轉(zhuǎn)動向量有關(guān)，稱之為多普勒頻率，第三項與目標的距離和有效轉(zhuǎn)動向量有關(guān)，稱之為多普勒調(diào)頻率。要獲得Ωeff的估計，只能從第二項或者第三項入手。然而第二項方位尺寸和有效轉(zhuǎn)動向量是耦合在一起的，這給估計帶來了不便。但是第三項通過估計調(diào)頻率和已知的距離信息，可以為我們提供估計有效轉(zhuǎn)動向量的手段。

通過估計調(diào)頻率，可以獲得距離與有效轉(zhuǎn)動向量的耦合量，而距離可以借助于信號帶寬確定，因此調(diào)頻率和距離之間的系數(shù)可以寫作

進一步可以得到有效轉(zhuǎn)動向量的估計

具體的實現(xiàn)步驟可以參考文獻[5]。

2　精確成像

基于估計的有效轉(zhuǎn)動向量，可以構(gòu)建如下的相位補償因子

在補償某一個距離單元Y2k的二次相位項后，這個距離單元的相位將僅僅與方位尺寸相關(guān)，經(jīng)典的FFT算法將被用于形成聚焦的ISAR圖像。同時，利用估計的有效轉(zhuǎn)動向量，也可以獲取定標圖像，如圖1。

圖1　方位定標與精確成像流程圖

3　仿真及實測數(shù)據(jù)處理結(jié)果

仿真一個飛機模型，信號帶寬為400 MHz，脈寬為25.6μs，脈沖重復(fù)頻率為100 Hz，目標的轉(zhuǎn)動角速度為0.023 4 rad/s。總共利用256個脈沖進行成像，其理論的距離分辨和方位分辨率分別為0.375m和0.25m。

圖2　仿真結(jié)果

目標模型如圖2-1所示。飛機由49個散射點組成，其尺寸為40 cm×40 cm。圖2-2是有效轉(zhuǎn)動向量隨歸一化幅度方差的變化曲線，可以看出歸一化幅度方差取0.2是合理的。圖2-3是RD算法的成像結(jié)果，可以看出由于沒有進行定標，圖像有所變形。利用圖2-3獲取的有效轉(zhuǎn)動向量，并進行二次相位補償，定標的精確圖像如圖2-4所示，可以看出這與目標模型很相似。圖2-5是同一個距離單元信號的對比，從中可以看出補償算法的有效性。

下面是外場實測數(shù)據(jù)處理的結(jié)果。其中圖3-1是飛機目標的定標結(jié)果，圖3-2是艦船目標的定標結(jié)果，可以看出利用本文方法獲取的ISAR圖像聚焦效果良好，能夠應(yīng)用于目標識別。

圖3　方位定標和精確成像的試驗結(jié)果

4　結(jié)語

本文提出了一種基于方位定標的ISAR精確成像方法。在獲取目標的有效轉(zhuǎn)動向量后，對于各距離單元的二次相位項進行補償，從而可以同時獲取目標的精確圖像和定標圖像。仿真和試驗驗證了所提方法的有效性。

[1]Wang Y,Jiang Y.A novel algorithm for estimating the rotation angle in ISAR imaging[J].IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2008,5(4)：608-609.

[2]Martorella M.Novel approach for ISAR image cross-range scaling[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2008,44 (1):281-294.

[3]CM Yeh,JXu,Yu Peng,et al.Cross-range scaling for ISAR based on image rotation correlation[J].IEEEGeoscienceand Remote Sensing Letters,2009,6(3):597-601.

[4]Prodi,F.ISAR cross-range scaling using a correlation based functional[G]//IEE Radar Conference,2008：1-6.

[5]蘇軍海.ISAR成像中有效轉(zhuǎn)動向量的估計方法[J].空軍預(yù)警學(xué)院學(xué)報,2013,27(3):203-205+208.

（編輯：王璐）

A M ethod for ISAR Precise Imaging Based on Cross-Range Scaling

Su Junhai
(No.20 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Xi’an Shaanxi710068)

A method for ISAR precise imaging based on cross-range scaling is proposed.By generally considering the

signals as quadratic phase signals themodulus of the effective rotation vector is determined through the coefficient between the chirp rate and the range.Following by compensating the quadratic phase signal in each range cell,the precise ISAR image and the scaled image can simultaneously obtained.Finally the numericalexperiments are given and the validity of the proposed algorithm is proven.

cross-range scaling;precise imaging;ISAR

TN951

A

2095-0748(2016)21-0085-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.21.38

2016-10-11

蘇軍海（1980—），男，甘肅平?jīng)鋈?，博士研究生，現(xiàn)就職于中國電子科技集團公司第二十研究所，研究方向：逆合成孔徑雷達成像以及運動目標檢測。