ISAR成像系统与技术发展综述

高分辨率雷达可以对非合作目标进行远距离二维成像,其在战略防御、反卫星、战术武器以及雷达天文学等方面都有重要的应用价值。文中首先介绍了国外典型的地基雷达、舰载雷达、机载雷达成像系统,接着阐述了各种逆合成孔径雷达(ISAR)运动补偿、成像技术以及不同ISAR成像技术的应用范围和发展现状。最后对雷达成像技术发展中应进一步研究的问题进行了展望。     

基于时间-调频率分布的多目标ISAR成像

由于不同目标相对雷达的平动不同,单目标运动补偿方法不能同时完成各个目标的平动补偿,因而无法获得清晰的多目标ISAR像。文中提出了一种对同一雷达波束内距离不能分辨的多个运动目标进行ISAR成像的方法,根据不同目标的平动多普勒近似线性变化且变化历程不同的特点,采用CLEAN技术,基于回波信号的时间-调频率分布得到各个目标对应的调频率,分离不同目标的信号分量,从而将对多目标成像转变成了对多个单目标成像,利用单目标运动补偿和成像方法获得各个目标的ISAR像。仿真结果验证了该方法的有效性。     

ISAR高分辨率成像方法综述

逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)可以实现对目标全天时、全天候、远距离和高分辨率的观测,在军事和民用领域中具有广泛的应用价值。首先,系统地总结了近年来在ISAR二维成像方面的研究进展。其次,从包络对齐与自聚焦两方面对平动补偿的研究现状进行了分析。再次,在分析传统ISAR成像方法的基础上,对4种超分辨成像方法进行归纳总结。然后,对大转角成像算法进行对比分析,给出不同算法的适用范围。同时,对多目标成像和微动目标成像的研究进展进行了综述和分析。最后,对未来ISAR成像的热点问题和发展趋势进行了展望。     

ISAR成像最小熵自聚焦与相位补偿的一致性分析

该文对ISAR成像的最小熵自聚焦(Minimum Entropy Auto-focusing,MEA)与相位补偿之间的一致性问题进行深入研究,文中的数学推导证明了对于ISAR距离-多普勒成像,相位补偿后的剩余相位误差为0时的相位补偿量不一定是ISAR图像熵函数的极小点,这与ISAR成像目标有关.仿真实验也表明使ISAR图像熵最小时的相位补偿剩余相位误差却未必为0,只有当目标本身的图像熵不大于任何非零剩余相位误差所对应的成像结果的熵时,ISAR成像的最小熵自聚焦才与相位补偿一致.     

基于墙体补偿与多视角融合的穿墙雷达建筑物布局成像算法

穿墙雷达能够对建筑进行布局成像,并准确获取建筑内部结构信息,已广泛应用于灾害搜救、反恐作战等领域。针对建筑物墙体穿透导致的墙体展宽、位置偏移和墙体多径杂波导致的多径鬼影等成像问题,本文提出了一种基于墙体补偿与多视角融合的建筑布局成像算法。首先,对雷达回波的后向投影成像结果应用Radon变换,通过恒虚警率检测提取峰值,提取墙体位置信息,以墙体前后表面中心为分界线将图像分割为两个子图像;其次,对包含偏移墙体的子图像进行自适应补偿,矫正墙体位置;最后,对多个视角成像结果进行图像融合,抑制多径鬼影。仿真结果表明,该方法可以有效解决图像中墙体展宽、位置偏移和多径鬼影问题,得到正确清晰的建筑布局图像。     

跟踪雷达的ISAR成像技术

本文对跟踪雷达的 ISAR 成像技术进行了研究。对跟踪雷达的成像特殊性进行了分析,并对成像中涉及的运动补偿、距离走动校正以及方位成像进行了深入研究,最后通过数据处理对所提方法的有效性进行了验证。     

基于联合平动补偿的InISAR 成像方法研究

图像配准是干涉逆合成孔径雷达(InISAR)成像的关键步骤。针对传统InISAR 三维成像方法在图像配准步骤计算量过大、限制条件过多等问题,提出了一种基于联合平动补偿的InISAR 三维成像算法。该算法通过距离向和方位向的联合平动补偿,在得到二维逆合成孔径雷达(ISAR)图像的同时,完成了不同ISAR 图像的精确配准。与传统的基于相关图像配准的三维成像方法相比,该算法简单易行,计算效率更高。仿真结果验证了不同信噪比条件下该算法的有效性和稳健性。     

调频步进雷达ISAR成像方法

针对调频步进雷达的ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)成像问题,提出了一维距离像和ISAR成像的分步补偿方法.通过优化雷达系统参数,在保证抽取损失和伪峰幅度在容许范围内的同时最大化了一维距离像的速度补偿误差容限.一维距离像运动补偿参数通过拟合子脉冲包络对齐的平移量获得,当拟合脉冲数足够多时,估计精度在一维距离像的速度补偿误差容限以下;对目标一维距离像进行包络对齐和相位聚焦完成ISAR成像的运动补偿.最后,通过仿真分析验证了算法的可行性.     

基于并行PO/EEC的ISAR回波生成与成像仿真

为了满足基于模板的逆合成孔径雷达（ISAR）目标识别对海量高分辨模板图像的工程需求,提出了一种基于并行电磁散射特性计算技术的ISAR图像信号级仿真方法。首先,以OpenMP技术为基础采用并行物理光学和等效边缘电磁流对目标的电磁散射特性进行快速计算;其次,以步进频率波形为雷达发射波形结合目标的电磁散射特性生成了宽带雷达回波数据;最后,对使用距离多普勒算法对仿真回波数据进行处理生成ISAR像,并与点阵模型成像结果进行了对比分析。实现了对ISAR图像的信号级快速仿真,对ISAR系统设计与验证、ISAR图像解译和目标识别以及ISAR成像处理等具有重要意义。     

基于酉ESPRIT的多频带融合ISAR成像

多频带融合成像可有效提高ISAR成像的距离分辨率。传统的ESPRIT谱估计融合算法只利用了复数观测数据本身,而没有利用其共轭数据。该文提出对合成复观测数据及其共轭的酉ESPRIT法进行调整以实现基于酉ESPRIT法的多频带融合ISAR成像。酉ESPRIT法充分利用复数观测数据信息,更有利于多频带融合的频谱估计和ISAR成像。针对多频带融合中目标散射点越分辨单元徙动校正的问题,调整了传统校正处理的步骤,分别在多频带融合前进行越距离单元徙动校正和融合后进行越多普勒单元徙动校正,避免了回波中的快时间频率-慢时间耦合项以及时域相位补偿对频域融合处理的影响,从而得到效果更好的多频带融合ISAR图像。仿真和实测数据结果表明所提方法不但能得到高质量的融合ISAR图像,也具有更优的抗噪性能和更高的运算效率。     

基于线性调频步进信号的ISAR成像技术研究

分析了线性调频步进雷达信号(LMFS)的形式及成像的特点,利用对雷达发射信号的设计,提出了此类信号切实可行的运动补偿方案;提出了两种形成延展目标ISAR像的拼接方法;最后通过实测数据验证所提运动补偿方法的有效性并通过仿真验证了所提ISAR像拼接方法的正确性。     

Manoeuvring target motion parameter estimation for ISAR image fusion

In inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging applications, generating an image of a manoeuvring target is a challenge due to the tradeoff between the fine image resolution requirements and the temporal variability of the Doppler response. The time frequency transform (TFT) is a common method to solve this problem. Prior TFT-based research assumes that the ISAR observes the target from a single fixed aspect. Because of its manoeuvring characteristics, the target motion features are sometimes not extractable from the observing aspect, but become much more distinct from other aspects. ISAR image fusion is thus able to provide significant advantages, since multiple looks of the same target from different aspects will increase the available knowledge. After constructing the common projection plane and building up the physical connection between radars and the manoeuvring target, the parameters that describe the target motion are estimated for very short time duration within which the Doppler response can be assumed to be a constant. Simulation results confirm the effectiveness of the estimation procedure and thus the fusion method. The authors conclude that the ISAR system must be carefully configured in order to realise the full benefits of their image fusion technique for manoeuvring targets.     

逆合成孔径雷达成像干扰仿真研究

在介绍逆合成孔径雷达(ISAR)运动补偿及成像原理的基础上,重点对ISAR的抗压制干扰能力进行了分析和仿真,并将ISAR与普通脉压雷达、合成孔径雷达的抗压制干扰能力进行了对比。研究结果表明,由于ISAR成像必须经过运动补偿处理,这一弱点使其抗压制干扰能力相对较差。     

基于二阶WVD的ISAR平动补偿方法

逆合成孔径雷达（Inverse synthetic aperture radar, ISAR）目标成像在军事和民用领域有着很广泛地应用,近年来,ISAR目标成像技术发展已经较为成熟,然而由于观测场景复杂和目标的非合作特性,导致获取的目标图像分辨率低和出现散焦、拖尾等问题。针对上述问题,本文提出了一种基于二阶维格纳维拉分布（Wigner-viller Distribution,WVD）的ISAR平动补偿方法,该方法首先将ISAR回波信号建模为二阶多项式,然后运用Keystone变换校正由运动引起的距离走动,再利用二阶WVD变换聚焦目标所有散射体的能量,进而估计出二阶运动参数,最后通过解调操作和Keystone变换获得聚焦良好的目标图像。本文提出的方法在低信噪比（Signal-to-noise ratio,SNR）环境下具有较稳定的性能,并且避免了多维搜索,减少了运算复杂度,有利于实现ISAR运动目标的实时成像。      

短脉冲非相参雷达的逆合成孔径成像及其稀疏恢复成像技术

短脉冲非相参雷达(NCSP)的辐射源输出微波脉冲持续时间短,针对于高速运动目标而言,其脉冲持续时间内的目标运动可忽略不计,对回波信号不需进行专门的脉冲内运动补偿。为了利用短脉冲非相参雷达信号进行逆合成孔径雷达成像,该文应用补偿相参处理的方法,去除辐射信号包络时间不确定性和初始相位的不确定性影响,在常规方法进行包络对齐和初相补偿后可利用距离-多普勒(RD)方法进行逆合成孔径雷达成像,仿真验证了补偿后信号成像的可行性。然而,短脉冲非相参雷达的载频随机抖动的因素会导致距离-多普勒成像结果在多普勒维度产生随机调制的旁瓣,影响成像的质量。利用稀疏恢复技术,在成像空间中对目标的散射中心进行稀疏重构,利用正交匹配追踪(OMP)算法和稀疏贝叶斯学习(SBL)算法进行成像,从而实现了抑制非相参因素引起的成像旁瓣,改进了成像质量,通过仿真验证了方法可行性。     

基于SAR实测数据的舰船成像研究

该文基于机载SAR实测数据,对舰船目标成像进行了研究。SAR成像是针对静止目标,舰船目标表现在SAR图像上是散焦的。基于舰船目标的非合作性,可采用ISAR的方法对其进行成像处理,以得到高分辨的舰船图像。该文介绍了如何从SAR实测数据中提取出舰船目标的回波数据,并讨论了对舰船成像比较有效的ISAR运动补偿方法。最后给出了多艘典型舰船的清晰成像结果。该文提供了机载雷达SAR模式工作时对舰船成像的有效处理方法。     

导弹目标ISAR成像仿真分析

主要对导弹目标的逆合成孔径雷达(ISAR)成像进行了仿真。给出了做抛物线运动的弹头目标ISAR成像模型及仿真结果，分析了目标机动(横滚、倾斜、偏航)对成像质量的影响，对存在白旋运动的弹头目标进行成像．并指出了导弹成像中有待进一步解决的问题。     

基于优化技术的ISAR成像运动补偿

给出了一种基于优化技术的运动补偿方法，通过对运动目标的径向非匀速运动引起的时变的非线性相位主非然速转动引起的转角不均匀进行补偿，从而获得了理想的同分辨目标二维像，本文用这种优化补偿方法对外场实验的飞机回波数据进行了成像实验，成像结果表明，目标二维聚焦聚良好，与传统的运动补偿方法相比，成像质量明显得到改善。