基于和差波束的三维ISAR成像技术

针对大带宽、高分辨的雷达信号,同一距离单元多个散射点复数叠加,导致传统基于一维距离像比幅测角的三维成像方法效果较差。提出了一种基于逆合成孔径雷达(ISAR)成像的三维成像方法,根据同一距离单元内多个散射点多普勒的不同,利用ISAR成像方法对多个散射点进行分离,在图像配准的前提下对和差信号ISAR像素点进行比幅法测角,最后,剔除角闪烁点及误差较大的散射点,对图像进行重构及合成得到三维ISAR像,同时完成目标定标。实测点目标及飞机目标的处理结果表明了本文方法较传统方法成像质量有较大改善,验证了方法的有效性及可行性。     

步进频雷达的目标回波建模方法与仿真

本文以调频步进雷达导引头为研究对象,分析了脉内线性调频/脉间步进调频体制雷达的信号模型,利用模糊函数分析并验证了该信号的距离维和速度维的分辨能力,并对目标回波进行建模,分析了点目标的回波模型与一维距离像合成原理,针对步进频雷达特点,根据多散射中心理论建立了基于冲激响应函数法的扩展目标合成的数学模型.通过理论分析与仿真结...     

转动对细长体目标一维成像的影响

研究了频率步进高分辨率毫米波雷达一维距离成像方法,定性地分析了细长体目标（独立散射点）转动时对距离成像的影响,推导了成像公式和成像条件,针对只有两个散射点的简单情况进行了具体的定量分析,并扩展讨论了有多个独立散射点的细长体目标在转动时对距离成像的影响,为目标识别提供了有效的途径。     

基于散射点信号特性的ISAR成像时间选择算法

在舰船目标ISAR成像中,在有些相关成像时间内,海浪的作用会使得舰船目标具有俯仰、偏航和滚动的三维转动,目标的ISAR像变得模糊。为获得聚焦的ISAR像,需要合理地选择成像时间,使得在相关成像时间内,目标仅具有二维转动。本文提出了一种成像时间选择的算法,该算法利用离散调频傅立叶变换估计散射点信号的参数,并根据二维和三维转动引起目标散射点信号特性的不同,推断目标的运动状态,选择成像时间。算法中有效利用了多个散射点的信息,但不要求跟踪目标特定位置上的散射点。文中还分析了算法估计的性能,并通过仿真试验证实了该算法的有效性。     

采用频率步进信号的多目标三维空间定位算法

频率步进信号是发射载频步进变化的子脉冲串合成的大带宽信号,具有较高的距离分辨率,阵列天线是借助阵列信号处理的空间谱估计提高方位分辨率。提出了一种利用频率步进信号和十字接收阵列对多目标进行三维空间定位的新方法。该方法充分利用了频率步进信号的特点,通过空时域MUSIC算法和自适应波束形算法对多目标的方位和距离二维参数进行估计,最后应用简单的关联算法,实现多目标三维坐标的估计。该方法仅需要一维谱峰搜索,计算量适中,能实现目标的方位和距离估计结果的自动配对,且有较高的分辨率。计算机仿真试验结果证实该方法的有效性。     

利用时间切片序列图像的三维成像距离信息计算方法

距离选通激光主动成像技术进行三维成像的方法之一是通过延迟时间步进变化获得不同距离切片序列图像,通过处理序列二维图像获取目标点的三维信息,其关键是数据处理方法。在分析应用延时步进方法进行距离选通三维成像基本理论的基础上,针对系统激光脉宽、ICCD快门时间、延时步进等参数值较大时获得的灰度值序列特征,提出一种改变参与计算的图像帧数的目标距离计算改进方法,实验结果表明:该方法在减小运算量的同时可有效提高三维成像的距离精度。     

基于0.22 THz高功率回旋管的步进频率雷达系统设计与仿真

基于0.22 THz高功率回旋管振荡器设计了频率步进成像雷达,采用收发分开的双卡塞格伦天线,发射信号形式为频率步进脉冲信号,回旋管频率调节通过调整回旋管电子束电压或者超导磁场强度来实现。给出了成像雷达设计方案,对雷达最大作用距离和步进频率雷达系统高分辨一维距离像进行了分析,开展了ISAR成像仿真。理论计算和仿真结果表明,该雷达对于散射面积为0.01 m²的目标探测距离可达到1.982 km,可分辨500 m处间距2 cm的点目标。该雷达可对低高度小目标进行高精度探测,比如对可携带武器和危险物质的无人机进行高精度探测与目标识别。     

步进频率信号相位对消合成运动目标距离像

研究了步进频率信号运动目标成像新方法。首先推导了步进频率信号合成扩展目标距离像原理;基于离散傅里叶变换理论,分析了运动导致的步进频率信号合成距离像失真,提出了相位因子对消合成运动目标距离像方法。新方法不需要估计运动速度。仿真结果证明了该算法效果。     

基于统计压缩感知的短孔径ISAR成像方法研究

针对短孔径压缩感知(CS)逆合成孔径雷达(ISAR)成像中仅依靠能量判断距离单元中的散射点数目可能会引起虚假点或漏检的问题,本文提出了一种基于统计CS的短孔径成像方法。该方法利用目标所处环境的背景噪声与杂波的统计信息来提取散射点,按照期望的虚警概率设置检测门限,对所有距离单元的回波信号进行高斯检测,筛选出存在散射点的距离单元,最后利用统计CS技术进行散射点的参数估计并成像。实测数据的处理结果验证了该方法可以充分表现目标的几何细节特征,并且仅用非常有限的脉冲就可得到高分辨的目标图像。     

一种非均匀转动目标的ISAR自聚焦算法

在ISAR成像中,目标的非均匀转动会引入与散射点位置有关相位误差,无法用统一的相位误差函数表示,因此通常的自聚焦方法难以消除。针对加速转动目标,本文提出了一种基于离散调频傅立叶变换(discrete chirp-Fourier trans- form)的自聚焦算法。在预先选定的距离单元上,利用离散调频傅立叶变换提取最大功率散射点对应的调频信号,并以之为参考信号消除目标平动引起的相位误差。然后,利用同样的方法,在多个距离单元上提取最大功率散射点对应的调频信号,根据该散射点信号估计目标非均匀转动的参数,并进行非均匀采样,去除非均匀转动的相位误差。将该算法应用于仿真试验和实测数据的ISAR成像中,都得到了较好的聚焦结果。     

基于随机调频步进信号的高分辨ISAR成像方法

为充分利用随机调频步进逆合成孔径雷达回波所具有的联合稀疏特征,提高成像性能,该文提出一种基于分布式压缩感知理论的随机调频步进逆合成孔径雷达高分辨成像方法。首先构建随机调频步进信号回波的联合稀疏表示模型,并完成子脉冲的脉冲压缩处理;其次,基于每组子脉冲的随机方式(组与组之间的随机方式不同),构建相应的随机量测矩阵,获取回波的压缩感知信号模型,并利用分布式压缩感知理论实现距离向联合高分辨重构;最后结合回波在方位向的稀疏性,采用快速稀疏重构算法实现方位向高分辨成像。理论分析和仿真结果表明由于充分利用了随机调频步进信号回波的随机性与联合稀疏特征,所提出方法具有重构精度高、距离向采样率低、抗噪性能强等特点。     

Three-dimensional interferometric ISAR imaging for targetscattering diagnosis and modeling

Two-dimensional (2-D) inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging has been widely used in target scattering diagnosis, modeling and target identification. A major shortcoming is that a 2-D ISAR image cannot provide information on the relative altitude of each scattering center on the target. In this paper, we present an interferometric inverse synthetic aperture radar (IF-ISAR) image processing technique for three-dimensional (3-D) target altitude image formation. The 2-D ISAR images are obtained from the signature data acquired as a function of frequency and azimuthal angle. A 3-D IF-ISAR altitude image can then be derived from two 2-D images reconstructed from the measurements by antennas at different altitudes. 3-D altitude image formation examples from both indoor and outdoor test range data are demonstrated on complex radar targets.     

基于相干化处理的步进频率ISAR成像算法研究

在步进频率高分辨ISAR成像中,传统的参数估计方法往往不能准确地估计出运动目标的速度和加速度值,其补偿后存在的相位误差对宽带合成ISAR图像有较大的影响。因此,该文提出了一种基于相邻相关法和相位相干化的步进频率高分辨ISAR成像技术,即通过相邻相关法估计运动目标的径向运动参数,在对回波数据包络进行补偿后,利用相位相干化对各子脉冲的相位误差进行校正,再利用频带拼接技术获取目标的合成高分辨1维距离像。之后,利用RD算法实现目标的高分辨ISAR成像。该方法具有精确相位误差补偿精度和高运算效率的优点。仿真和实测数据验证了该方法的有效性。     

利用二维结构稀疏信息的调频步进ISAR高分辨成像新方法

针对已有利用压缩感知理论进行逆合成孔径（Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR）成像方法在低信噪比、欠采样率条件下性能下降严重等问题,依托调频步进波形独有特征并充分利用目标分布的二维结构稀疏信息,提出一种"先方位聚焦后距离分辨"的调频步进ISAR高分辨成像新方法.首先,对回波进行子脉冲脉压,在分析调频步进ISAR回波方位向特有的结构稀疏特征基础上,构建方位向的分布式压缩感知稀疏重构模型;其次,采用分布式压缩感知算法对该模型重构,从而获得低信噪比条件下的方位高分辨成像;最后,利用距离维的回波特征构建任意稀疏重构模型,实现距离向快速成像.由于该方法先进行方位聚焦,再进行距离分辨,并充分利用了目标的结构稀疏性,因此不仅具有抗噪性能强、重构精度高以及采样率低等特点,且避免了越距离单元走动对方位聚焦的影响.仿真与实测数据实验验证了本文方法的有效性.     

Two-dimensional ISAR model and image reconstruction with stepped frequency-modulated signal

A two-dimensional (2-D) inverse synthetic aperture radar (ISAR) return signal model that employs stepped frequency (SF) modulation is developed. The geometry of the examined ISAR scenario is described by analytical geometrical equations. The target to be imaged is represented by a rectangular grid of point scatterers, moving along a rectilinear trajectory at constant speed, without any rotational motion. Thus, the inverse synthetic aperture results from the translational motion of the target for a short period of time. The process of ISAR signal modelling through coherent summation of the SF-modulated signals reflected from different point scatterers of the target is thoroughly described. Moreover, an efficient ISAR image reconstruction approach, including cross-correlation-based range compression and fast-Fourier-transform-based azimuth compression, is presented through analytical mathematical expressions. Numerical simulations are carried out for various SF ISAR scenarios and high-resolution ISAR images are obtained by applying the proposed ISAR image reconstruction approach. Simulation results (ISAR images and corresponding entropy values) indicate the validity of the proposed 2-D SF ISAR return signal model and the efficiency of the proposed imaging algorithms. Finally, a numerical simulation result is illustrated, which shows the comparison of the performance of the proposed ISAR image reconstruction algorithms based on SF and linear frequency modulation waveforms. It is shown that the two waveforms attain almost the same ISAR image resolution.     

基于块稀疏的空间碎片群目标成像方法

针对星载雷达空间碎片群目标回波无法分离问题,该文利用回波在距离向表现出的块聚集特性,提出一种基于块稀疏的高分辨ISAR成像方法。基于块稀疏压缩感知理论,通过利用空间碎片群目标特性,抽取出各个碎片的高分辨1维距离像数据,并结合平动补偿和距离多普勒(RD)算法得到各碎片的ISAR像。在小样本条件下,该方法能够有效实现空间碎片的数据分离和高分辨ISAR成像。仿真实验表明,该方法的重构精度以及运算速度均优于非结构类的稀疏ISAR成像方法。     

干涉ISAR三维成像试验研究

阐述了干涉式逆合成孔径雷达(ISAR)三维成像的基本原理,与传统的ISAR二维成像方法的性能进行了比较.结合实际的宽带雷达平台,介绍了试验验证的基本方法,并通过静态双散射点和过航飞机等目标的实际跟踪试验,获取了目标回波信号的和、方位差和俯仰差三通道宽带数据,给出了干涉ISAR三维成像的算法流程.采用干涉ISAR三维成像的算法对实际测量数据进行了处理,得到了各类目标的成像结果,对成像效果进行了分析和评估,提出了工程应用的建议.     

Three-dimensional scattering center extraction using the shootingand bouncing ray technique

We present a technique to extract the three-dimensional (3-D) scattering center model of a complex target. Using the shooting and bouncing ray technique, we first generate the 3-D inverse synthetic aperture radar (ISAR) image of the target based on a one-look ISAR algorithm. In step two, we use the image processing algorithm CLEAN to extract the 3-D position and strength of the scattering centers from the 3-D ISAR image. Various implementation issues related to computation time and memory are addressed and an efficient scheme is presented to accomplish the 3-D scattering center extraction. Several examples ranging from simple canonical structures to complex targets are presented to demonstrate the validity of the extraction scheme and the usefulness of the resulting 3-D scattering center model     

基于联合互时频分布的InISAR三维成像方法

 常规InISAR通常采取先进行各天线的二维ISAR成像再进行图像间干涉处理的三维成像步骤.与此不同,本文提出了一种基于联合互时频分布的InISAR三维成像方法,通过构造干涉天线接收回波之间的联合互时频分布,在一次时频变换中能同时实现同一距离单元内各散射点的横向分辨和相位干涉处理,并利用Radon变换有效抑制了互时频分布的交叉项.该方法不仅具有Cohen类时频变换的高时频聚集性的特点,而且对0阶平稳运动和1阶机动目标都能进行三维成像.仿真结果验证了该方法的有效性.