基于广义keystone和频率变标的微波光子ISAR高分辨实时成像算法

微波光子雷达具有发射大带宽和高载频信号的能力,可实现2维高分辨的逆合成孔径雷达(ISAR)成像。研究相应的实时成像算法具有重要意义。但信号的高距离分辨率特点使得距离弯曲的空变性无法忽略,高载频特性使得相位历程的空变性无法忽略,导致传统的多普勒域实时成像算法成像效果差。另外,计算量较大的波束域成像算法不适用于大数据量的微波光子雷达信号。因此该文提出一种高效率的微波光子ISAR高分辨实时成像算法,该算法首先利用广义楔石变换(GKT)提取特显点相位,进而由相位调频率反演目标横向速度,最后利用速度估计结果结合频率变标(FS)算法完成空变的距离弯曲校正和方位匹配滤波成像。仿真和实测数据的处理结果验证了该算法的有效性。      

稀疏采样数据大转角高分辨ISAR成像技术研究

针对方位向稀疏采样条件下,大带宽大转角ISAR高分辨成像时,转动分量引起的一维距离像中目标散射点的距离走动和空变二次相位问题,研究了一种稀疏采样数据ISAR高分辨成像方法。对于方位向稀疏采样数据,该方法在包络对齐和相位补偿后,将Keystone变换和稀疏恢复相结合,实现方位向稀疏采样数据距离走动校正和缺失采样位置一维像重建,接着采用基于LVD变换的二阶相位估计方法对二阶转动相位进行估计并补偿,完成高分辨成像。计算机仿真和暗室测量数据验证了该方法的有效性。     

L波段雷达电离层高速运动目标ISAR成像补偿方法

目标高速运动和电离层效应都会对低频段宽带线性调频雷达信号的相位产生调制现象,进而降低逆合成孔径雷达(ISAR)成像分辨率。为得到清晰的目标ISAR图像,需有效消除这两者对目标回波的影响。该文首先建立电离层高速运动目标回波的信号模型,再根据目标回波为高阶多项式相位信号的特点,提出基于离散多项式变换的高阶相位估计算法,利用高阶相位估计值进行回波信号相位调制分量补偿,实现ISAR成像的自聚焦。仿真实验表明,该算法可以准确估计回波信号高阶相位参数,提高ISAR成像质量。     

高速运动目标的ISAR成像方法

针对高速目标的ISAR成像问题,该文提出基于运动参考解调频的运动补偿方法。该算法利用由雷达辅助测距信号测得的参考距离和对目标距离像包络对齐的结果拟合出目标运动轨迹,对回波进行以拟合轨迹为参考距离的解调频处理,完成回波的脉冲内速度补偿和相干化,最后通过Keystone变换消除目标的转动分量引起的越距离单元走动。给出了应用该方法的具体步骤,通过仿真实验证明该算法的有效性。     

MIMO-ISAR匀加速旋转目标运动参数估计及性能分析

MIMO雷达采用ISAR技术成像时需要估计目标的运动参数,为回波数据的方位向重排与插值提供依据,以及实现距离-多普勒图像的横向定标。针对匀加速旋转目标,该文提出一种初始角速度和转动加速度联合估计方法。借助MIMO雷达多通道观测的结构优势,根据不同通道回波间相位差异,通过估计差异信号相位系数获得目标运动状态。在此基础上,分析了算法推导过程中因函数近似引起的误差,同时对算法的分辨能力给出定量评估。最后,通过仿真验证了分析推导的正确性。     

基于调频连续波的双基逆合成孔径雷达研究

在双基地雷达模型的基础上,研究了应用调频连续波(FMCW)雷达进行双基逆合成孔径雷达(ISAR)成像的具体问题。首先对双基体制下FMCW雷达的回波信号进行详细分析,从回波信号相位中提取出采用FMCW信号所特有的距离快时间和方位慢时间耦合项,分析该耦合项在距离多普勒域的形式及其对目标一维距离像的影响,并采用相应的补偿算法进行补偿。仿真结果表明:所述补偿算法能有效改善采用FMCW信号导致的散焦现象,获得聚焦良好的目标成像图。     

一种复杂运动目标的ISAR成像算法

在对复杂运动目标进行逆合成孔径雷达成像时,由于转动矢量随时间而变化,回波信号中会引入一个与散射点位置有关的相位误差,无法用通常的相位补偿方法进行校正,应用距离-多普勒算法获得的ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)像会变得模糊.本文分析了目标转动矢量变化使得ISAR像模糊的内在原因,给出了目标三维转动状态下的ISAR信号形式,并基于散射点信号的特点提出了一种复杂运动目标的ISAR成像算法.该算法不仅适用于转动矢量方向不变的非均匀转动目标,而且对于转动矢量方向缓慢变化的目标,算法仍然能够有效地提高ISAR成像的质量.仿真试验结果表明了该算法的有效性.     

一般构型机载双站大斜视SAR二维Chirp-Z变换成像算法

该文提出一般构型机载双站大斜视SAR的2维Chirp-Z变换(CZT)成像算法。针对双站大斜视回波信号的距离-方位向强耦合,在距离频域-方位时域校正载机大斜视引起的大距离走动,然后推导改进点目标的频谱公式。成像时,先用参考函数相乘完成回波一致聚焦,然后借助于载机轨迹解耦合公式将频谱相位分解为距离移变和方位移变的两个独立相位项,再运用CZT分别消除其空变性得到成像结果。仿真验证了该算法处理一般构型机载双站大斜视SAR回波数据的有效性。     

空间目标卡尔曼滤波稀疏成像方法

鉴于卡尔曼滤波器(KF)具有优良的信号估计性能,将KF与贪婪算法相结合,该文给出稀疏约束下的基于KF的空间目标逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法。考虑到有些空间目标尺寸较大或包含大尺寸部件,或成像积累时间较长,会引入越分辨单元走动(MTRC)和方位向2次相位调制,首先对回波进行MTRC校正,然后构建包含2次相位的观测矩阵,通过使图像锐度最大化,估计目标转动角速度,获得聚焦目标图像,并将估计转速用于方位向图像定标。卫星仿真ISAR数据处理验证了上述成像处理方法的有效性。成像效果优于传统距离多普勒(RD)和正交匹配追踪(OMP)方法。     

星载-机载混合BiSAR方位向空变特性的分析

在非等速条件下,双基地SAR(BiSAR)在方位向具有空变的特点。首先,建立星载-机载混合BiSAR的几何模型。利用卫星、飞机和目标之间的运动关系,在时域上推导出方位向空变量的数学表达式。然后,运用Taylor多项式展开的分析方法,总的方位向空变量可以分解为4个空变分量之和。此外,还详细分析了各阶空变分量对点目标冲激响应函数的影响。仿真结果表明,零阶空变分量和一阶空变分量必须加以校正和补偿,才能得到与参考目标相同的成像效果;而二阶空变分量和三阶空变分量对距离压缩后信号的包络和相位的影响是可以忽略的。     

调频步进雷达ISAR成像方法

针对调频步进雷达的ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar)成像问题,提出了一维距离像和ISAR成像的分步补偿方法.通过优化雷达系统参数,在保证抽取损失和伪峰幅度在容许范围内的同时最大化了一维距离像的速度补偿误差容限.一维距离像运动补偿参数通过拟合子脉冲包络对齐的平移量获得,当拟合脉冲数足够多时,估计精度在一维距离像的速度补偿误差容限以下;对目标一维距离像进行包络对齐和相位聚焦完成ISAR成像的运动补偿.最后,通过仿真分析验证了算法的可行性.     

含旋转部件的ISAR目标分离式成像

随着雷达成像分辨能力的不断提升,转台模型所引起的二维距离走动已经影响到高分辨ISAR成像质量。同时,雷达目标物上部件的微动也变得不可忽略。因此,针对含旋转部件的目标的ISAR回波,本文提出了一种基于回波分离处理的精细化成像流程。该流程通过对目标物的刚体、部件回波进行分离,有序地对来自转台模型的二阶、一阶距离走动进行补偿,并获得旋转运动参数估计。其后,再对两种回波分别用与之相适的方法进行成像,完成对整个目标物图像的精细化处理。仿真和实测数据的处理结果验证了该流程的有效性。      

短脉冲非相参雷达的逆合成孔径成像及其稀疏恢复成像技术

短脉冲非相参雷达(NCSP)的辐射源输出微波脉冲持续时间短,针对于高速运动目标而言,其脉冲持续时间内的目标运动可忽略不计,对回波信号不需进行专门的脉冲内运动补偿。为了利用短脉冲非相参雷达信号进行逆合成孔径雷达成像,该文应用补偿相参处理的方法,去除辐射信号包络时间不确定性和初始相位的不确定性影响,在常规方法进行包络对齐和初相补偿后可利用距离-多普勒(RD)方法进行逆合成孔径雷达成像,仿真验证了补偿后信号成像的可行性。然而,短脉冲非相参雷达的载频随机抖动的因素会导致距离-多普勒成像结果在多普勒维度产生随机调制的旁瓣,影响成像的质量。利用稀疏恢复技术,在成像空间中对目标的散射中心进行稀疏重构,利用正交匹配追踪(OMP)算法和稀疏贝叶斯学习(SBL)算法进行成像,从而实现了抑制非相参因素引起的成像旁瓣,改进了成像质量,通过仿真验证了方法可行性。     

Real-time motion compensation, image formation and image enhancement of moving targets in ISAR and SAR using S-methodbased approach

The commonly used technique for inverse synthetic aperture radar (ISAR)/synthetic aperture radar signal analysis is a two-dimensional Fourier transform (FT), which results in an image of the target's reflectivity mapped onto a range and cross-range plane. However, in cases where the line-of-sight projections of the target's point velocities change or there is uncompensated movement within the coherent integration time, the FT produces blurred images. For target recognition applications, mainly those in military surveillance and reconnaissance operations, a blurred ISAR image has to be refocused quickly so that it can be used for real-time target identification. Two standard techniques used for improvement of blurred ISAR images are motion compensation and the use of quadratic time-frequency representations. Both are computationally intensive. The authors present an effective quadratic time-frequency representation, the S-method. This approach performs better than the Fourier transform method by drastically improving images of fast manoeuvring targets and by increasing the SNR in both low and high noise environments. These advantages are a result of the S-method's ability to automatically compensate for quadratic and all even higher-order phase terms. Thus, targets with constant acceleration will undergo full motion compensation and their point scatterers will each be localised. It should be noted that the source of the quadratic term can come not only from acceleration, but also from non-uniform rotational motion and the cosine term in wide-angle imaging. The method is also computationally simple, requiring only slight modifications to the existing FT-based algorithm. The effectiveness of the S-method is demonstrated through application to simulated and experimental data sets.     

一种基于时频分布尺度变换的ISAR成像新方法

 空中或海面目标复杂运动所产生的方位二次相位项,会造成方位成像的严重散焦;而传统的RD成像方法、WVD瞬时成像方法、Radon-Wigner成像方法和DechirpClean成像方法由于成像效果差或运算效率低等因素,不适合复杂运动目标的ISAR成像;因此,针对这些问题,本文提出了一种基于时频分布尺度变换的ISAR成像新方法,即把包络对齐后的各距离单元数据变换到时频平面内,通过尺度变换,解信号瞬时时间和相关函数延迟量的耦合影响,把方位二次相位项所产生的时频平面内的斜线校正成平行于时间轴的直线,并沿时间轴进行能量积累,减少交叉项的影响,最终对复杂运动目标进行高分辨ISAR成像.该方法成像效果好,同时,可以通过快速变换算法实现,因此,运算效率较高,适合实时成像.最后,通过仿真和实测数据验证了该方法的有效性.     

Translational motion compensation in ISAR image processing

In inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging, the target rotational motion with respect to the radar line of sight contributes to the imaging ability, whereas the translational motion must be compensated out. This paper presents a novel two-step approach to translational motion compensation using an adaptive range tracking method for range bin alignment and a recursive multiple-scatterer algorithm (RMSA) for signal phase compensation. The initial step of RMSA is equivalent to the dominant-scatterer algorithm (DSA). An error-compensating point source is then recursively synthesized from the selected range bins, where each contains a prominent scatterer. Since the clutter-induced phase errors are reduced by phase averaging, the image speckle noise can be reduced significantly. Experimental data processing for a commercial aircraft and computer simulations confirm the validity of the approach.     

基于多重分数阶傅里叶变换ISAR快速成像算法

关于机动目标的逆合成孔径雷达成像技术在诸多应用领域扮演着重要的角色,但其应用一直存在一个严重问题——时变多普勒频率,它会在信号回波中引入高阶相位项,如调频率项,如果不对其进行精确补偿,最终获得的ISAR图像质量会出现明显恶化。针对上述问题,大量算法相继被提出用以实现调频率的估计,但是这些算法往往存在运算量大以及传递误差影响等问题。针对这些问题,本文提出了一种基于多重FRFT变换的ISAR快速成像算法。首先将ISAR回波信号用二次调频(QFM)信号模型进行建模,再利用相干积累广义立方相位函数(CIGCPF)对信号中的线性项与三次项进行估计补偿,随后提出了最小二乘分数阶傅里叶变换(LS-FRFT)的方法,通过多次LS-FRFT联合估计即可独立估计出调频项,这一处理能够有效降低运算量并消除传递误差的影响。考虑到测量误差以及低信噪比的影响可能降低误差的估计精度,在此前LS-FRFT的基础上,我们又提出了加权最小二乘分数阶傅里叶变换(WLS-FRFT)方法来进一步改善参数估计的精度与稳定性。最终通过实测数据验证了所提算法的有效性。     

微波光子雷达逆合成孔径成像

微波光子逆合成孔径成像雷达,发挥光子大带宽、低传输损耗、抗电磁干扰等优势,可以提升成像分辨率,并有助于构建分布式阵列雷达,实现精确的三维成像。本文介绍了中国科学院空天信息创新研究院在微波光子雷达逆合成孔径成像方面的成果。首先,搭建了微波光子雷达,基于光子倍频技术产生宽带雷达信号,基于光子去斜处理进行回波信号接收,系统工作在Ku波段,带宽600MHz,实现了对暗室内合作目标和外场非合作目标的二维ISAR成像。在此基础上,结合光射频传输技术和波分复用技术,搭建一发多收的微波光子光纤分布式阵列雷达,在实验室内实现了对3个角反射器的精确三维成像。上述试验结果验证了微波光子技术应用于雷达成像领域的可行性和提升系统关键性能的潜力。     

一种多目标ISAR成像方法

在逆合成孔径雷达(ISAR)多目标成像中,当各目标相互靠近且目标相对雷达的径向速度又相差较大时,存在使用已有的多目标成像方法无法对其成像的问题,文中提出了一种结合Radon变换、包络相关和DCFT的多目标成像方法。该方法采用Radon变换估计目标个数并对目标包络进行粗对齐;用传统的包络相关法结合目标隔离和曲线拟合法对目标进行精确的包络对齐;通过DCFT算法完成相位补偿,最后获得多个目标清晰的ISAR像。仿真实验结果验证了该方法的有效性。