基于相干化处理的步进频率ISAR成像方法

摘要

本发明是一种基于相干化处理的步进频率ISAR成像方法。主要解决传统参数估计方法运算效率较低，包络补偿后存在的相位误差对频率合成有较大影响的问题。其实现步骤为：建立步进频率ISAR回波信号模型；根据回波信号模型进行运动参数估计；构造补偿函数对回波信号的子脉冲包络进行补偿；对补偿完的回波信号进行基于相干化处理的频率合成；对合成后的回波信号频谱进行IFFT变换，获取高分辨一维距离像；利用RD算法或RID算法进行方位成像，获取方位的高分辨图像。实验证明本发明具有高相位误差补偿精度和高运算效率的优点，可用于实现目标的二维高分辨ISAR成像。

主权项

1.一种基于相干化处理的步进频率ISAR成像方法，包括如下步骤：(1)建立步进频率ISAR回波信号模型；(2)根据回波信号模型进行运动参数估计：2a)将不同脉组的第一个子脉冲数据分别取出，得到回波信号相邻相关表达式为：$R(\tau ,{\mathrm{mT}}_a)={\sigma }_P\sin c\left(A(\tau +\frac{2M}{c})\right)\times \exp \left(j\frac{4\pi }{\lambda }{M}_1\right)\times \exp \left(j\frac{4\pi }{\lambda }{M}_2\right)$其中，τ为相关时间，m为脉组数，0≤m≤M-1，mT_a为方位时间的离散表示，σ_P为目标回波后向散射系数，A为相关匹配量，c为光速，λ为信号波长，M=M₁+M₂，$M_1=\left(v_r{x}_P\omega \right)T_a+\frac{1}{2}{a}_r{T}_a^2,$M₂=T_aa_rmT_a其中，v_r是目标相对雷达运动的径向速度，x_P是散射点的横向位置信息，ω为目标相对雷达运动的转动角速度，T_a为脉组间的重复周期，a_r是目标相对雷达运动的径向加速度。2b)对回波信号相邻相关表达式沿着方位向做FFT积累，得到方位频域回波信号相邻相关表达式为：$R(\tau ,f_a)={\sigma }_P\sin c\left(A(\tau +\frac{2M}{c})\right)\times \sin c\left({\mathrm{\pi T}}_m(f_a-\frac{{2T}_a}{\lambda }{a}_r)\right)\times \exp \left(j\frac{4\pi }{\lambda }{M}_1\right)$其中，T_m为子脉冲重复周期，f_a为方位向频率，是回波信号相邻相关表达式的相关峰值位置；忽略M中相邻两次回波ω引起的包络变化，则相关峰值位置又可表示为$(-\frac{{2v}_r{T}_a+a_r{T}_a^2}{c},\frac{{2T}_a{a}_r}{\lambda });$2c)将相关峰值位置在距离向和方位向的坐标分别设为和计算目标的径向加速度a_r和速度v_r：$\left\{\begin{array}{cc}{a}_r=\frac{\mathrm{\lambda prf}[\tilde{n}-(\frac{\tilde{N}}{2}+1)]}{{2\mathrm{NT}}_a}& \tilde{n}=1,.....,\tilde{N}\\ v_r=-\frac{c[\tilde{m}-(\frac{\tilde{M}}{2}+1)]}{{2f}_s{T}_a}-\frac{\lambda [\tilde{n}-(\frac{\tilde{N}}{2}+1)]}{4\tilde{N}{T}_a}& \tilde{m}=1,.....,\tilde{M}\end{array}\right.$其中，和分别为距离向和方位向的离散点数，prf为方位向采样频率，f_s为距离向采样频率，T_r为脉冲重复周期；(3)根据径向加速度a_r和速度v_r，利用如下包络补偿的相位补偿函数s_sref对回波信号的子脉冲包络进行补偿，$s_{\mathrm{sref}}=\exp (-j\frac{4\pi }{c}(v_r{f}_r{t}_m+\frac{1}{2}{a}_r{f}_r{t}_m^2))$其中，f_r为距离向频率，t_m为方位向时间；(4)对完成子脉冲包络补偿的回波信号进行基于相干化处理的频率合成，得到合成后的回波信号频谱s(f_r，T_r)；(5)对合成后的回波信号频谱s(f_r，T_r)进行逆傅里叶IFFT变换，获取高分辨一维距离像；(6)对高分辨一维距离像利用RD算法或RID算法进行方位成像，获取目标方位的高分辨图像。