[發明專利]基于時間——相位導數分布的逆合成孔徑雷達成像方法

無效

• 申請號: 201010289647.2
• 申請日: 2010-09-25
• 公開（公告）號: CN102012510A
• 公開（公告）日: 2011-04-13
• 發明（設計）人: 王勇;張云;姜義成
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明屬于雷達技術領域，尤其涉及一種逆合成孔徑雷達成像方法。

背景技術

在逆合成孔徑雷達成像中，迄今為止運算量最小、應用最為普遍的成像方法是距離——多普勒算法，縱向距離分辨率依靠雷達發射寬頻帶信號，橫向分辨率依靠目標轉動的多普勒頻率，首先經運動補償使目標成為“自聚焦點”位于軸心的轉臺目標，然后進行成像處理。整個成像過程可理解為：利用目標上各散射點子回波的不同時延，以及目標轉動時子回波的不同多普勒頻率，在距離——多普勒平面上呈現出目標散射點的強度分布圖。其中，目標的多普勒信息是通過對雷達回波每個距離單元做傅立葉變換得到的。這種算法隱含兩個假設，即目標尺寸和轉角較小，目標散射點對距離單元游動的影響可不考慮，這一假設一般可以滿足；另外假設目標在水平面內均勻轉動，在整個成像處理期間，散射點的多普勒頻率是恒定的，這一假設對大型平穩運動的目標也可以滿足。但在實際情況下，目標的運動狀態常常是伴隨著機動性的，復雜的運動狀態會導致觀測期間轉速的變化和轉軸的變化。這里以艦船目標的ISAR(Inverse?Synthetic?Aperture?Radar_逆合成孔徑雷達)成像為例，它的成像條件要比飛機目標復雜得多，除了海雜波的存在降低了回波信號的信噪比之外，海面的波動起伏，使艦船的姿態變化非常復雜，同時伴有偏轉(yaw)，俯仰(pitch)和側擺(roll)三維運動，這給艦船的ISAR成像帶來了很大的困難。同時，由于ISAR是對三維物體作二維成像，轉軸的改變會導致成像投影平面也隨之變化。此時，由于目標散射點回波的多普勒信號是時變的，傳統的距離——多普勒成像方法得到的圖像非常模糊，無法識別目標，此時需要對回波數據進行時頻分析，得到每一個時刻散射點的高分辨瞬時多普勒譜，此即為ISAR成像的距離——瞬時多普勒法。

對于復雜高機動目標的ISAR成像，現有的方法對散射點回波信號的刻畫不夠精確，一般將其近似為多分量的線性調頻信號，進而采用各種時頻分析的方法對其進行參數估計，并結合距離——瞬時多普勒法得到目標的瞬態ISAR像。該方法與傳統的距離——多普勒成像方法相比，可在一定程度上提高目標的成像質量。但由于目標的高機動性，散射點回波信號的時頻特性非常復雜，已有的方法都是將其近似為線性調頻信號模型。由于回波信號的多普勒頻率隨時間呈非線性變化，已有的方法只能通過分段線性的直線來近似表示各散射點的多普勒頻率變化，即把具有高階多普勒的散射點回波近似為多個線性調頻分量之和，但該方法對信號的逼近程度不高，對于一些散射點在某些時刻存在幅度和頻率估計誤差，尤其是在兩個分量的接點處誤差更大。此時得到的圖像會含有虛假散射點，同時存在散射點定位不準現象，這些因素會極大地影響成像質量。

發明內容

本發明的目的是為了解決已有技術對復雜運動目標(由于其散射點回波信號具有復雜時頻特性)所采用的成像方法，不能產生高質量圖像，而提出新的基于時間——相位導數分布的逆合成孔徑雷達成像方法，以獲得目標清晰的瞬態像。

本發明的原理是：

本發明將復雜運動目標散射點回波信號精確刻畫為多分量多項式相位信號模型，并提出新的基于時間——相位導數分布的多分量多項式相位信號參數估計方法，結合距離——瞬時多普勒成像技術，獲得目標清晰的瞬態ISAR像。

實現本發明的技術方案的方法是：

1.針對目標具有高機動性的特點，可將回波信號描述為多分量多項式相位信號模型；

2.對于單分量多項式相位信號情況，采用四次相位信號模型(對于高機動目標的ISAR成像，精度已足夠高)，構造適合于四次相位信號的時間——相位導數分布，使之集中在信號的四次相位導數曲線上，通過峰值搜索，獲得四次相位系數的估計；

3.根據上一步驟中估計出的四次相位系數，將原信號解調為三次相位信號；

4.構造適合于三次相位信號的時間——相位導數分布，使之集中在信號的三次相位導數曲線上，通過峰值搜索，獲得三次相位系數的估計；

5.根據上一步驟中估計出的三次相位系數，將原信號解調為二次相位信號，即線性調頻信號；

6.采用解線性調頻并結合傅立葉變換的方法估計出其余參數；

7.對于多分量信號的情況，采用乘積型時間——相位導數分布的方法，并結合潔凈技術，依次估計出每個信號分量的參數；

8.根據信號的參數估計結果，結合距離——瞬時多普勒成像方法，獲得目標的清晰瞬態像。

其中，

1)本發明步驟1中的回波信號模型的建立為