ISAR成像系统与技术发展综述

高分辨率雷达可以对非合作目标进行远距离二维成像,其在战略防御、反卫星、战术武器以及雷达天文学等方面都有重要的应用价值。文中首先介绍了国外典型的地基雷达、舰载雷达、机载雷达成像系统,接着阐述了各种逆合成孔径雷达(ISAR)运动补偿、成像技术以及不同ISAR成像技术的应用范围和发展现状。最后对雷达成像技术发展中应进一步研究的问题进行了展望。     

基于线性调频信号的ISAR成像仿真

逆合成孔径雷达(ISAR)是一种高分辨率的微波成像系统,它能够对运动目标进行精确成像.现介绍了线性调频信号,论述了ISAR成像的数学模型,并对ISAR成像的原理进行了详细的介绍,然后将线性调频信号应用于ISAR成像模型中,最后建立仿真平台,实现了对目标的成像.     

ISAR高分辨率成像方法综述

逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)可以实现对目标全天时、全天候、远距离和高分辨率的观测,在军事和民用领域中具有广泛的应用价值。首先,系统地总结了近年来在ISAR二维成像方面的研究进展。其次,从包络对齐与自聚焦两方面对平动补偿的研究现状进行了分析。再次,在分析传统ISAR成像方法的基础上,对4种超分辨成像方法进行归纳总结。然后,对大转角成像算法进行对比分析,给出不同算法的适用范围。同时,对多目标成像和微动目标成像的研究进展进行了综述和分析。最后,对未来ISAR成像的热点问题和发展趋势进行了展望。     

基于外场测试数据的机动目标ISAR数据产生方法

机动目标成像识别是ISAR领域研究的热点,通常用散射点模型仿真数据来研究机动目标成像.提出了基于外场测试数据的插值变采样机动目标数据产生方法,以匀加速运动模型为例,给出机动目标慢时间插值信号产生模型和傅里叶变换插值变采样算法,利用该方法可产生不同机动参数要求的机动目标ISAR数据.以仿真信号和外场实验数据插值处理为例对该方法进行了验证,给出了原始数据和插值数据的ISAR成像结果.该方法对研究非合作机动目标ISAR成像有很好的应用前景.     

基于ISAR和相位恢复的SAR运动目标成像方法

针对合成孔径雷达(SAR)对非合作目标成像时出现移位、散焦问题，根据逆合成孔径雷达(ISAR)利用目标本身运动成像特点，本文提出一种基于相位恢复原理和ISAR算法的非合作目标相位误差校正方法。首先，回波数据由SAR算法处理形成SAR图像，提取并恢复图像中选定的非合作目标数据作为ISAR处理原始数据；然后，采用自适应时间窗算法(Automatic time-windowing)以及图像对比度算法(ICBA)对非合作目标误差相位进行粗补偿；最后，利用相位恢复算法迭代求解实现对相位的精确补偿。该方法充分利用粗补偿得到的模糊图像信息作为相位恢复算法的先验条件，提高了算法的收敛性，仿真实验结果验证了该方法的有效性。      

多基站ISAR三维非平稳转动转台目标成像

在多基站ISAR三维转动转台目标成像模型的基础上给出了多基站ISAR三维非平稳转动目标转台成像算法.基于Wigner-Ville时频分析方法,通过建立在多基站ISAR三维转动转台目标成像模型基础上的距离向投影方程组和方位向多普勒方程组的联合求解,获得了三维非平稳转动转台目标散射点位置和运动参数的估计,同时对系统的成像约束进行了分析.仿真实验验证了多基站ISAR三维非平稳转动转台目标的成像.     

机载干涉SAR/ISAR对地面慢速目标成像研究

该文研究用机载干涉SAR/ISAR技术对地面慢速目标成像,该技术利用SAR成像的距离和横向距离高分辨率,以及干涉仪的空域对消,实现杂波抑制,提高信杂比。动目标的真实方位由相位比较干涉仪测定。进而用ISAR处理得到慢速目标的高分辨图像。文中详细讨论了机载干涉SAR/ISAR系统框图和工作原理,并导出了该系统中SAR、干涉仪空域对消和测向以及ISAR处理的定量关系式。理论分析和初步计算机仿真证明了这项技术的正确性。     

空间自旋运动目标的ISAR成像研究

逆合成孔径雷达(ISAR)是空间目标探测的重要途径.文中对空间自旋运动目标的ISAR成像进行讨论.根据目标自旋运动规律,建立和分析了ISAR回波信号模型,重点分析自旋目标的成像机理,研究了自旋对目标ISAR成像的影响.基于ISAR成像的原理,建立了计算目标ISAR投影像的方法.仿真实验验证了ISAR投影像计算方法的有效性和自旋对ISAR成像影响分析的正确性.该投影像算法也适用于空中目标成像的讨论.     

OFDM-ISAR的稀疏优化成像与运动补偿

正交频分复用(OFDM)技术可用以获得无干扰的高分辨距离雷达成像,该文研究利用OFDM波形实现非合作目标的逆合成孔径雷达(ISAR)成像和运动补偿问题。文中讨论了目标平动对循环前缀(CP)长度的影响,利用了ISAR成像的本质稀疏性同时实现成像重建和相位补偿。实验表明,基于CP的OFDM-ISAR运动补偿算法可有效克服OFDM-ISAR成像的距离干扰和运动误差影响,具有较好的稳健性和精确性。      

ISAR成像的数据预处理

在ISAR成像中,成像数据通常都是按顺序从回波数据中选取,方位分辨率和成像质量也是根据经验来控制.由于ISAR成像的目标是非合作的,很难得到统一的方位分辨率,同时成像的质量和成像的效率也不能达到最佳,因此对成像前的数据进行预处理非常重要.文中提出了一种预处理方法,通过预处理使方位分辨率自动达到所要求的方位分辨率.并根据数据质量自动选择平稳成像算法或机动目标成像算法.仿真表明,通过预处理,成像的效率和成像的质量都能达到很大的提高.     

Editorial: Signal processing techniques for ISAR and feature extraction

Inverse synthetic aperture radar (ISAR) is a non-cooperative target recognition technique that has been investigated for target identification by the combat identification (ID) community for the past decade. Recently, ISAR imaging of moving targets has been an area of vigorous research. ISAR imaging is an effective way to acquire high resolution images of targets of interest at long range and as such is an irreplaceable tool in the task of non-cooperative target recognition. Its applications include detection, imaging, and classification of ships and aircraft with airborne, maritime, and land-based radar systems. Being radar-based, this imaging technique can be employed in all weather and day/night conditions.     

Target rotation parameter estimation for ISAR imaging via frame processing

Frame processing method offers a model-based approach to Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) imaging. It also provides a way to estimate the rotation rate of a non-cooperative target from radar returns via the frame operator properties. In this paper, the relationship between the best achievable ISAR image and the reconstructed image from radar returns was derived in the framework of Finite Frame Processing theory. We show that image defocusing caused by the use of an incorrect target rotation rate is interpreted under the FP method as a frame operator mismatch problem which causes energy dispersion. The unknown target rotation rate may be computed by optimizing the frame operator via a prominent point. Consequently, a prominent intensity maximization method in FP framework was proposed to estimate the underlying target rotation rate from radar returns. In addition, an image filtering technique was implemented to assist searching for a prominent point in practice. The proposed method is justified via a simulation analysis on the performance of FP imaging versus target rotation rate error. Effectiveness of the proposed method is also confirmed from real ISAR data experiments.     

基于SAR实测数据的舰船成像研究

该文基于机载SAR实测数据,对舰船目标成像进行了研究。SAR成像是针对静止目标,舰船目标表现在SAR图像上是散焦的。基于舰船目标的非合作性,可采用ISAR的方法对其进行成像处理,以得到高分辨的舰船图像。该文介绍了如何从SAR实测数据中提取出舰船目标的回波数据,并讨论了对舰船成像比较有效的ISAR运动补偿方法。最后给出了多艘典型舰船的清晰成像结果。该文提供了机载雷达SAR模式工作时对舰船成像的有效处理方法。     

基于压缩感知的稀疏孔径认知ISAR成像方法

针对运用压缩感知理论对ISAR目标成像时不同目标所需观测维数和积累时间不同的问题,提出了一种基于压缩感知的稀疏孔径认知ISAR高分辨成像方法。在对目标稀疏特性认知的基础上,构建了基于目标横向稀疏度和观测积累时间的随机观测矩阵,并给出了成像质量评估标准,实现了对有限雷达资源条件下ISAR目标的高分辨认知成像。仿真结果表明,利用该方法成像,不仅可以减少雷达成像发射脉冲数,而且可以有效减少目标成像的时间,同时还能获得高质量的目标ISAR像。     

基于二阶WVD的ISAR平动补偿方法

逆合成孔径雷达（Inverse synthetic aperture radar, ISAR）目标成像在军事和民用领域有着很广泛地应用,近年来,ISAR目标成像技术发展已经较为成熟,然而由于观测场景复杂和目标的非合作特性,导致获取的目标图像分辨率低和出现散焦、拖尾等问题。针对上述问题,本文提出了一种基于二阶维格纳维拉分布（Wigner-viller Distribution,WVD）的ISAR平动补偿方法,该方法首先将ISAR回波信号建模为二阶多项式,然后运用Keystone变换校正由运动引起的距离走动,再利用二阶WVD变换聚焦目标所有散射体的能量,进而估计出二阶运动参数,最后通过解调操作和Keystone变换获得聚焦良好的目标图像。本文提出的方法在低信噪比（Signal-to-noise ratio,SNR）环境下具有较稳定的性能,并且避免了多维搜索,减少了运算复杂度,有利于实现ISAR运动目标的实时成像。      

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.     

Experimental 0.22 THz Stepped Frequency Radar System for ISAR Imaging

High resolution inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging is demonstrated by using a 0.22 THz stepped-frequency (SF) imaging radar system. The synthesis bandwidth of the terahertz (THz) SF radar is 12 GHz, which are beneficial for high resolution imaging. The resolution of ISAR image can reach centimeter-scale with the use of Range-Doppler algorithm (RDA). Results indicate that high resolution ISAR imaging is realized by using 0.22THz SF radar coupled with turntable scanning, which can provide foundations for further research on high-resolution radar image in the THz band.     

分布式多通道雷达成像技术

该文针对稀疏分布的多发射/接收阵元所形成的多通道雷达系统,提出了一种分布式多通道雷达成像技术。利用发射/接收阵元角度分集和信号分集的特点,将各个通道上的信号进行相干合成获得在目标散射函数波数域二维支撑域上的等效观测。经过支撑域整形和数据重采样,可反演出目标散射函数的二维图像。该雷达成像系统不需要庞大的天线,只需要多通道雷达的单次快拍即可成像,从而避免了ISAR成像中的运动补偿问题。并且由于采样点在波数上的位置已知,可对重构的目标二维散射函数进行准确地定标。文中给出了具有宽带发射信号的多通道成像系统,仿真结果表明了该系统具有很好的成像性能。     

逆合成孔径雷达图像仿真研究

实现了从目标建模、散射计算到雷达图像仿真的全过程.首先使用AutoCAD软件对目标建模并进行三角面元离散,采用反方向光学射线追踪技术进行消隐,以物理光学近似理论计算目标的后向散射,最后利用逆合成孔径雷达成像方法得到了目标的雷达仿真图像.球体的计算结果验证了物理光学的正确性,坦克和飞机模型的仿真成像结果与实验结果和CAD模型的对比进一步证实了目标仿真成像系统的有效性.