ISAR越距离单元走动校正的近似极坐标算法

在ISAR系统中,通常假设不发生越距离单元走动,并应用距离多普勒(RD)算法获得目标的ISAR像。但是当雷达具有较高的分辨率,目标的尺寸较大,或目标在成像相关时间内转过了较大的角度时,散射点的越距离单元走动难以避免。为校正越距离单元走动,提出了一种近似极坐标算法。该算法将相关时间内的雷达回波数据近似为波数域梯形区域上一系列的采样点,并插值得到波数域矩形区域上的采样点,最后通过傅里叶变换得到目标的ISAR像。在目标均匀转动的假设下,该极坐标算法通过近似,不再要求已知目标的转角信息,并且能够较好地校正散射点的越距离单元走动。最后的仿真结果证实了算法的有效性。     

基于调频傅里叶变换的匀加速转动目标ISAR成像

现有匀加速旋转目标逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像方法通常采用二维搜索估计目标转动参数,从而导致计算量大。提出一种基于调频傅里叶变换的ISAR成像方法。该方法利用目标散射点回波相位二次项系数与一次项系数的比值仅取决于目标转动参数这一特点,通过搜索调频傅里叶变换的调频系数使目标横向像熵值最小,得到该比值的估计结果,避免了二维搜索导致的计算量大的问题。然后对各距离单元回波作相应的调频傅里叶变换,即可得到聚焦良好的ISAR像。仿真结果验证了该方法的有效性。     

末制导雷达对舰船目标成像转角分析

着重针对弹载雷达对舰船目标进行逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像的转角条件进行研究。ISAR成像依靠雷达与目标的相对转角，转角太大或太小都会导致成像质量下降。在弹载雷达平台和舰船目标同时运动的情况下，ISAR成像总转角是由导引头按弹道飞行形成的转角和舰船航行、晃动所导致的转角的合成，可以依据回波信号进行估计。分析了ISAR成像所需转角范围，在对弹目相对转角建模的基础上，针对弹目相对转动非匀速的情况进行转角估计，判断任意时刻弹目相对转角是否满足成像转角条件。     

双站ISAR越距离单元徙动分析与校正算法

在逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像中,当雷达分辨率较高而目标体积较大时,会产生越距离单元徙动现象。在双站ISAR成像系统中同样存在类似的问题。在双站ISAR成像模式下,对产生越距离单元徙动的原因进行了详细分析及讨论。并与单站ISAR成像中的越距离单元徙动进行了分析比较。在此基础上,采用Keystone变换的方法对解线频调后的时域信号进行处理,消除了目标像的越距离单元徙动,最后对散射点模型进行了仿真验证。     

基于MP稀疏分解的弹道中段目标微动ISAR成像新方法

弹道目标在中段的运动包括轨道运动和微动。与轨道运动相比,弹道目标的微动能引起目标相对雷达视线角更为快速的变化,有利于逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像。针对自旋对称弹头的微动特性,提出了一种基于匹配追踪(matching pursuit, MP)稀疏分解的微动ISAR成像算法,分析了成像平面和成像所需积累转角,并通过计算机仿真与传统的距离－多普勒(range-Doppler, RD)、魏格纳－维尔(Wigner-Ville, WV)成像算法进行了比较。仿真结果表明：本文算法具有更好的成像精度和稳定性,且不受交叉项的干扰,是一种有效的微动目标成像算法。     

近场大转角情况下水下转台目标成像研究

针对近场大转角情况下水下转台目标成像问题,建立了目标回波信号模型,根据近场条件的特点将投影层析算法进行适当地修正后,用于解决当目标转动角度较大时运用距离-多普勒算法对其成像存在的越分辨单元走动难题.利用修正后的算法实现了多点目标以及刚性椭球目标的仿真成像,结果表明运用该算法可获得近场大转角情况下的水下转台目标成像.     

用滤波方法实现ISAR成像包络对齐

为了提高逆合成孔径雷达(ISAR)成像处理速度,提出一种基于滤波方法进行包络对齐的改进算法。该算法将互相关法与重心法相结合,首先估计出相邻回波的偏移量,再用滤波方法对距离像进行插值并且同时抽取,实现包络对齐,避免了直接对目标距离像插值而引起的计算量增加,有利于实时成像处理。最后通过对实测数据成像证明该算法的快速性和有效性。     

基于GTD模型的多视角多频带ISAR融合成像

多视角多频带逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)融合成像技术克服了单雷达成像分辨率受发射带宽和观测视角的限制，是提高ISAR成像的二维分辨率的新手段。在宽带小角度观测条件下，针对目标散射系数随频率变化的情况，提出一种基于几何绕射理论(geometrical theory of diffraction, GTD)模型的多视角多频带ISAR融合成像方法。首先，以GTD模型为基础建立ISAR成像回波模型；然后，将多视角多频带ISAR融合成像问题转化为信号稀疏重构问题，并采用正交匹配追踪算法求解，在保证融合成像质量的同时提高了的成像效率；最后，利用仿真实验验证了所提方法的有效性。     

多基站ISAR平面转台目标成像模型与仿真研究

建立了匀角速度平面转动目标和匀角加速度平面转动目标的多基站ISAR平面转台目标模型,给出了多基站ISAR平面转台目标的成像算法,同时分析了多基站ISAR平面转台目标成像约束。通过在多基站ISAR平面转台目标成像模型的基础上构造多基站方位向多普勒方程组和距离向投影方程组,实现了对目标散射点位置参数和运动参数的准确估计。仿真实验验证了多基站ISAR平面转台模型和成像算法。     

机动目标ISAR成像的相对运动补偿

非合作的机动多目标相对于雷达射线的姿态是时变的,而且目标间可能存在相对运动,给逆合成孔径雷达(ISAR)成像造成较大困难。针对此问题建立目标相对运动的模型,提出一种相对运动补偿的算法,在运动补偿的基础上对运动目标进行二次补偿,消除相对运动的影响。模拟和实测数据的处理结果说明,当相对运动目标和其它目标在距离上能分离时,该算法是可行的。     

ESPRIT超分辨ISAR成像

提高图像分辨率一直是ＩＳＡＲ研究的重要内容，常规的ＩＳＡＲ成像算法在这方面存在着不足。将普遍运用于方向估计中的旋转不变参数估计技术（ＥｓｔｉｍａｔｉｏｎｏｆＳｉｇｎａｌＰａｒａｍｅｔｅｒｖｉａＲｏｔａｔｉｏｎａｌＩｎｖａｒｉａｎｃｅＴｅｃｈｎｉａｑｕｅｓ，ＥＳＰＲＩＴ）与ＩＳＡＲ成像的基本原理相结合，提出了ＥＳＰＲＩＴ超分辨ＩＳＡＲ成像算法。从实验结果看，这种超分辨算法显著提高了图像分辨率。     

基于贝叶斯估计的高精度ISAR成像

基于贝叶斯估计原理,提出了一种贝叶斯逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像算法。基于最大后验概率准则建立ISAR成像模型,利用回波数据进行统计参数估计,以实现ISAR成像的自适应表征,从而提高ISAR成像的精度。特别是运动误差相位估计和ISAR图像的重构通过求解最优化问题实现,而未考虑误差相位的具体形式,具有较高的鲁棒性。此外,本文方法在低信噪比 (signal-to-noise ratio, SNR)条件下,可以取得良好的聚焦效果,具有较好的噪声抑制能力。最后,贝叶斯估计问题转换为最优化问题进行求解,利用快速傅里叶变换及其逆变换（fast Fourier transform/inversed fast Fourier transform, FFT/IFFT）和矩阵对应点乘（Hadamard乘积）操作,有效提高该算法的效率。基于实测数据的实验验证了本文算法的有效性。     

基于去斜的步进频合成高分辨距离像新方法

研究了一种基于子脉冲去斜的高分辨距离像合成新方法。首先,用本地参考信号对接收的步进频脉冲串信号进行去斜处理,然后把去斜之后的信号按顺序在时域上拼接起来得到宽带回波,最后按传统的处理方法得到目标的一维距离像和二维逆合成孔径雷达像。这种方法避免了传统时域拼接法的上采样、频移和相位补偿运算,减小了处理复杂度,易于工程应用。     

ISAR目标多普勒偏置效应分析与补偿

采用相位梯度自聚焦算法对非合作目标进行高分辨逆合成孔径雷达聚焦成像的处理过程中,回波多普勒偏置效应将严重影响后续转动补偿的效果,妨碍成像聚焦质量的提升。从相位梯度自聚焦算法的原理出发,阐释了多普勒偏置效应产生的原因。进而,分析了多普勒偏置效应对散射中心距离徙动补偿的影响。最后,提出了一种基于图像质量评价的多普勒偏置效应估计与补偿算法,并通过数值仿真分析和实测数据处理实验验证了本文分析结果的正确性。     

多基站ISAR成像模型与运动参数估计

针对单站逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar, ISAR）成像中难以准确获得目标散射点方位向尺度和运动参数的问题,建立了平面匀加速度运动目标的多基站ISAR目标成像模型,给出了目标成像和运动参数估计算法,分析了多基站ISAR成像约束。目标散射点的坐标由距离向投影方程组求解得到,基于方位向多普勒方程组通过搜索算法最小化目标函数实现目标的固有转速和目标相对于平动补偿后各基站视向量变化的转速的分离,得到目标的位置和目标运动参数的准确估计。仿真实验验证了多基站ISAR平面成像模型和运动参数估计方法。     

基于MIMO-ISAR的弹道目标结构参数估计方法

传统的单站逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像为实现方位向的高分辨,往往会增大成像时间,但对于高速运动的弹道目标而言,此方法并不适用。针对这一问题,提出利用多输入多输出逆合成孔径雷达(multiple input multiple output ISAR, MIMO-ISAR)在空间上的多分布来达到时间上积累的效果。在得到多通道回波信号后,利用时频图和时间距离像对弹道目标锥顶散射点进行匹配。然后根据锥顶散射点信息对多幅ISAR像进行配准融合,得到一幅高分辨的融合ISAR像。最后利用不同雷达视线下的目标投影长度和目标几何参数之间存在的映射关系,反演出弹道目标的几何结构参数。通过仿真结果可以验证算法的有效性。     

空间目标成像中基于FrFT的高精度距离压缩方法

针对星载雷达空间目标成像遇到的距离向回波调制问题,通过对星载平台下空间高速平稳目标运动特性的分析,提出基于分数阶傅里叶变换(fractional Fourier transform, FrFT)和多项式拟合的高精度距离向压缩方法。该方法利用FrFT对空间目标的部分解调回波进行距离向压缩,并结合多项式拟合迭代获取随方位时间变化的径向速度,为距离向压缩提供精确的分数阶旋转角。与传统逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)距离向压缩方法相比,该方法能够实现高精度距离向压缩,从而提高成像质量。仿真实验验证了该方法的有效性。     

一种联合极化的距离瞬时多普勒ISAR成像方法

在传统的逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)成像中,基于Clean技术的距离瞬时多普勒ISAR成像能够有效地提取散射点中心,因此得到了广泛应用。相比于传统ISAR,极化逆合成孔径雷达(polarimetric inverse synthetic aperture radar, Pol ISAR)能够提供更丰富的信息。本文研究了一种联合极化的距离瞬时多普勒ISAR成像技术,该方法能够对多个极化通道进行联合距离瞬时多普勒成像处理,更准确地提取强散射点信息,减少目标数据量,使各极化通道信息得到有效的融合,同时也能进一步减弱噪声的影响,避免大量虚假点的产生。仿真数据验证了本文方法的有效性。     

基于加权l1范数优化的双基地ISAR稀疏成像算法

针对低信噪比条件下实现双基地逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar, ISAR)稀疏孔径成像时重构质量较差的问题, 提出了一种基于加权l₁范数优化的高分辨成像算法。首先, 假设各像元稀疏非同分布, 利用贝叶斯准则和最大后验概率估计将双基地ISAR稀疏孔径成像问题转化为加权l₁范数约束问题, 建立成像模型; 然后, 利用柯西-牛顿算法进行加权l₁范数约束最优化问题的求解, 实现目标图像重构。由于假设各像元独立非同分布, 故通过像元加权的方式更好地利用了目标的能量聚集和结构特性, 提高了成像质量。最后, 仿真实验验证了算法的有效性和优越性。     

Novel imaging methods of stepped frequency radar based on compressed sensing

The theory of compressed sensing (CS) provides a new chance to reduce the data acquisition time and improve the data usage factor of the stepped frequency radar system. In light of the sparsity of radar target reflectivity, two imaging methods based on CS, termed the CS-based 2D joint imaging algorithm and the CS-based 2D decoupled imaging algorithm, are proposed. These methods incorporate the coherent mixing operation into the sparse dictionary, and take random measurements in both range and azimuth directions to get high resolution radar images, thus can remarkably reduce the data rate and simplify the hardware design of the radar system while maintaining imaging quality. Experiments from both simulated data and measured data in the anechoic chamber show that the proposed imaging methods can get more focused images than the traditional fast Fourier transform method. Wherein the joint algorithm has stronger robustness and can provide clearer inverse synthetic aperture radar images, while the decoupled algorithm is computationally more efficient but has slightly degraded imaging quality, which can be improved by increasing measurements or using a robuster recovery algorithm nevertheless.