复杂运动目标的ISAR成像算法研究

逆合成孔径雷达(ISAR)成像因其全天候、全天时、远距离以及在不同频段、不同极化条件下提供高分辨率雷达图像的特点，极大地提高了雷达获取信息的能力，对民用和军用均有重大的实用价值。近年来，随着ISAR成像技术的不断发展，平稳目标的ISAR成像技术逐渐趋于成熟，越来越多的研究者将目光集中在了复杂运动目标的成像研究方面。 根据雷达成像理论，雷达成像通过发射大带宽信号保证距离向的高分辨，通过对散射点和雷达有效相对运动产生的多普勒信号进行相干积累，从而获得高的方位向分辨率。然而，当目标的运动较复杂时，很难得到长时间的相干信号，即相干成像转角太小，从而限制了复杂运动目标成像的分辨率。本文针对复杂运动目标的ISAR成像技术进行了一系列的探索工作并取得了很好的成果。 首先，本文对ISAR成像的基本原理进行了阐述，包括ISAR成像的数学模型、线性调频信号及脉冲压缩技术、ISAR成像中的二维分辨率、ISAR成像的基本算法、运动补偿技术，并且提出了一种新的包络对齐方法——最小方差法。最后进行仿真和实测数据的处理，对ISAR成像的相关基本知识和最小方差法进行了验证。 进而，研究了目标作复杂运动时的ISAR成像方法，包括如下三个方面： 1)三次相位函数(CPF)参数估计法 目标作复杂运动时，若雷达发射线性调频(LFM)信号，回波信号将会产生高次相位项，此时应用传统的距离——多普勒(RD)法成像会产生模糊。三次相位函数(CPF)是近年来新提出的一种估计信号参数的技术，能够用于三次相位信号的估计并且被推广到高阶相位信号，因此将CPF应用于ISAR成像将会非常有前景。本文提出了一种基于CPF参数估计的复杂运动目标ISAR成像新方法，通过这种方法，可以估计出目标回波的每一个信号分量的参数，然后用估计出的参数对回波信号进行解调，消除高次项，进而将得到的解调信号通过二维傅氏变换即可得到聚焦的ISAR图像。仿真和实测数据的处理结果证明了这种方法的有效性。 2)压缩感知法 压缩感知技术也是近年来的一种新的信号处理技术，它利用信号的稀疏性，通过非相关测量可以用比传统信号采样理论低得多的速率对信号采样，大大降低了数据率，并且能够以很高的概率恢复信号。压缩感知技术的非相关测量过程可以有效降低雷达成像系统对A/D系统的高速率要求，进而解决成像过程中超大回波数据的采集、传输与存储困难。由于压缩感知技术能够从很少的信号采样中恢复信号，因此我们考虑将其应用于复杂运动目标的成像，以弥补复杂运动目标相干信号不足的缺陷。文中提出了一种基于压缩感知信号处理技术的复杂运动目标ISAR成像新方法，并且通过仿真和实测数据处理进行了验证。 3)分布式ISAR法 分布式ISAR成像法也是近年来新出现的ISAR成像技术。该技术的基本原理是通过一组编队平台上搭载的成像雷达对同一个目标发射电磁波，利用目标相对雷达的旋转运动，对回波进行联合处理，以获得比单个雷达更高的方位向分辨率。其根本原因是不同平台上的雷达成像系统能够从不同的角度对目标上同一个散射点进行观察，通过合适的处理，可以综合应用每个雷达系统接收到的回波数据，从而可以等效成一个综合的比单个雷达的成像角度更大的观察角度，进而可以获得更高的方位向分辨率。可见，可以将分布式ISAR成像技术应用于复杂运动目标成像，以弥补相干成像转角太小对方位向分辨率的限制。本文提出了一种将分布式ISAR成像技术应用于复杂运动目标成像的方法，并且应用于仿真和实测数据的处理，成像结果证明这种方法是有效的。 经过上述研究，可以较好地解决复杂运动目标ISAR成像中存在的问题，具有较好的应用价值。