ISAR Imaging of Maneuvering Targets Based on the Range Centroid Doppler Technique

A new inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging approach is presented for application in situations where the maneuverability of noncooperative target is not too severe and the Doppler variation of subechoes from scatterers can be approximated as a first-order polynomial. The proposed algorithm is referred to as the range centroid Doppler (RCD) ISAR imaging technique and is based on the stretch Keystone-Wigner transform (SKWT). The SKWT introduces a stretch weight factor containing a range of chirp rate into the autocorrelation function of each cross-range profile and uses a 1-D interpolation of the phase history which we call stretch keystone formatting. The processing simultaneously eliminates the effects of linear frequency migration for all signal components regardless of their unknown chirp rate in time-frequency plane, but not for the noise or for the cross terms. By utilizing this novel technique, clear ISAR imaging can be achieved for maneuvering targets without an exhaustive search procedure for the motion parameters. Performance comparison is carried out to evaluate the improvement of the RCD technique versus other methods such as the conventional range Doppler (RD) technique, the range instantaneous Doppler (RID) technique, and adaptive joint time-frequency (AJTF) technique. Examples provided demonstrate the effectiveness of the RCD technique with both simulated and experimental ISAR data.     

基于FRFT的机动目标ISAR成像算法

研究目标机动性不太剧烈、散射点子回波序列多普勒变化满足一阶近似条件下的机动目标ISAR实时成像问题.提出了一种新的基于分数阶傅里叶变换(FRFT)的机动目标ISAR距离一瞬时多普勒成像算法,用FRFT代替传统的快速傅里叶变换(FFT)实现目标的方位向分辨,利用目标运动的先验信息缩小算法的搜索范围,提高运算效率.实测数据处理结果表明该算法较好地解决了机动目标成像问题.与已有的机动目标成像算法相比,该算法在保证成像质量的前提下,大大减小了运算量,可用于机动目标实时成像.     

压缩感知机动目标ISAR成像新方法

基于Fourier基的压缩感知（Compressed Sensing,CS）算法已被成功应用于平稳运动目标的逆合成孔径雷达（Inversed Synthetic Aperture Radar,ISAR）成像。但由于建模时对ISAR回波方位相位高次项的忽略,Fourier基矩阵对机动目标回波数据方位信息的稀疏表示失效,导致对机动目标的成像在方位向模糊。鉴于时频分析技术良好的时频局部化特性,将其引入到雷达回波方位向分析中,以改进用于表示雷达回波数据的稀疏基,实现对选定时间切片内回波数据多普勒频率的稀疏表示。改进后的基矩阵在通过CS技术解析回波在时间切片内方位信息的同时,又保证了利用有限数据成像的分辨率。与基于Fourier基CS成像等现有方法相比较,新方法在方位向的成像质量上有较大改进。仿真实验验证了算法的有效性。     

基于综合时频分析的机动目标ISAR成像

传统的ISAR距离-多普勒成像算法基于目标平稳飞行假设。当目标作机动飞行时,转速和转轴经常是时变的,若用传统方法成像,会使图像模糊,甚至无法辨识。这时需要分距离单元进行时频分析,得到距离-瞬时多普勒图像。文中提出的综合平滑伪魏格纳分布克服了平滑伪魏格纳分布不能在时频分辨率和抑制交叉项两方面同时达到较好的缺点。最后以旁瓣电平、交叉项干扰抑制、方位分辨率损失等指标定量分析了两者的性能。仿真结果证实了文中方法在对机动目标成像中的优越性。     

基于Radon—ambiguity变换的ISAR成像算法

非匀速旋转目标和机动目标成像是逆合成孔径雷达(ISAR)技术的一个重点和难点，经典的距离-多普勒(RD)算法对其成像效果不佳。本文首先分析了ISAR成像回波信号模型，然后在对目标多普勒变化曲线作一阶近似的条件下提出了基于Radon—Ambiguity变换(RAT)的ISAR成像算法。最后进行仿真实验，仿真实验结果表明了该方法的有效性。     

基于SVA算法和时频分析的ISAR成像

研究了时频分析在ISAR成像中的运用,论述了一维SVA算法和改进的二维SVA算法在提高图像分辨率、降低信号自身旁瓣电平方面的优势。在此基础上,提出将两者联合运用到机动目标的逆合成孔径雷达成像中,改善了传统的距离-多普勒算法对机动目标成像的模糊现象。实验结果证明了此方法的正确性和有效性。     

导弹目标ISAR成像仿真分析

主要对导弹目标的逆合成孔径雷达(ISAR)成像进行了仿真。给出了做抛物线运动的弹头目标ISAR成像模型及仿真结果，分析了目标机动(横滚、倾斜、偏航)对成像质量的影响，对存在白旋运动的弹头目标进行成像．并指出了导弹成像中有待进一步解决的问题。     

Complex ISAR imaging of maneuvering targets via the Capon estimator

An inverse synthetic aperture radar (ISAR) can be used to produce high-resolution images of moving targets of interest by utilizing the relative motion between the target and the radar and by transmitting signals with large bandwidth. Most ISAR imaging algorithms are based on the range-Doppler processing, which implies that the Doppler shifts remain constant during the coherent integration time. For maneuvering targets, the Doppler shifts are time varying. In this case, the algorithms will produce blurred images. We present herein an adaptive Capon (1969) spectral estimation algorithm for the complex ISAR image formation of maneuvering targets. It is an efficient recursive implementation of the well-known Capon complex spectral estimation algorithm by using FFT and simple matrix operations     

基于散射点信号特性的ISAR成像时间选择算法

在舰船目标ISAR成像中,在有些相关成像时间内,海浪的作用会使得舰船目标具有俯仰、偏航和滚动的三维转动,目标的ISAR像变得模糊。为获得聚焦的ISAR像,需要合理地选择成像时间,使得在相关成像时间内,目标仅具有二维转动。本文提出了一种成像时间选择的算法,该算法利用离散调频傅立叶变换估计散射点信号的参数,并根据二维和三维转动引起目标散射点信号特性的不同,推断目标的运动状态,选择成像时间。算法中有效利用了多个散射点的信息,但不要求跟踪目标特定位置上的散射点。文中还分析了算法估计的性能,并通过仿真试验证实了该算法的有效性。     

基于时频分析的ISAR成像

传统的逆合成孔径雷达(ISAR)成像算法用傅里叶变换进行频谱分析,对机动目标的成像会导致成像模糊。本文应用短时傅里叶变换(STFT)、魏格纳分布(WVD)、平滑伪魏格纳分布(SPWVD)几种时频分析方法对机动目标进行瞬时成像。仿真和实验结果表明,通过该方法能得到清晰的目标的距离-瞬时多普勒像。     

基于稀疏孔径的联合稀疏约束干涉ISAR机动目标三维成像

InISAR系统能够实现对目标的3维几何估计,更加有利于目标的分类和识别。同时多功能ISAR/InISAR系统针对的多是机动性很强的目标,在某些情况下对单个目标仅能获取稀疏孔径观测,尤其是在目标存在机动特性的情况下,更是增加了ISAR成像的难度,这些对传统的ISAR成像算法提出了挑战。为了解决上述这些问题,该文针对机动目标提出一种基于稀疏孔径的联合稀疏约束InISAR 3维成像方法。对匀加速转动的目标,回波的多普勒调制可以建模成线性调频的形式,并用chirp-傅里叶字典来表征其机动性。接着将联合的多通道InISAR 2维成像转化为联合稀疏约束的最优化求解问题,并用改进的OMP算法进行求解。然后利用各个通道估计的ISAR图像和调频参数实现对目标的3维几何重构。相比于单通道独立成像,联合多通道稀疏约束成像能获得更好的2维和3维成像结果。最后,进行实测数据实验以验证该文算法的有效性。     

基于GRECO的复杂目标ISAR图像仿真

提出一种与图形电磁计算方法相结合的1SAR图像实时仿真方法.利用图形电磁计算(GRECO)方法得到运动目标的电磁散射数据,通过发射线性调频信号得到运动目标的雷达回波,并对仿真回波进行ISAR成像处理.与传统采用点目标仿真不同,该文是对实际三维目标直接仿真成像,更加接近实际,更加适合应用与成像效果分析、算法改进和抗干扰方面的研究.对于目标表面散射场的分析,是基于高频预估理论:采用物理光学(PO)法与物理绕射理论(PTD)来进行计算.从对复杂目标的仿真结果来看,该方法是准确有效且具有实时性的.     

ISAR成像的越距离单元走动校正

逆合成孔径雷达(ISAR)对平稳飞行的目标成像,一般采用简单的距离多普勒(R-D)算法,对于机动目标,由于多普勒的时变特性,对于通常的R-D算法不超越多普勒单元的假设不再成立。该文主要针对大中型飞机,为了得到几十厘米的横向分辨率,特别是在雷达波长不很短时(如 S,L 波段),目标两侧的散射点经常发生越距离单元走动的情况下,讨论了产生越距离单元的原因及补偿方法,计算机仿真和实际数据处理说明本文方法是有效的。     

幅度和相位估计的ISAR超分辨成像方法

传统距离多普勒(Range Doppler, RD)成像方法分辨率取决于发射信号的带宽和信号在方位向积累的多普勒带宽。超分辨成像可以在给定带宽条件下,获得比RD方法更优的分辨率。给出一种基于幅度和相位估计(Amplitude and Phase Estimation, APES)的逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar, ISAR)超分辨成像方法,该方法根据回波数据构造自适应滤波器对目标散射点进行重建,仿真和实测ISAR数据成像结果验证了基于APES的ISAR超分辨成像算法的有效性。相比其他超分辨成像方法,该方法重建的散射点幅度更为精确,副瓣更低,图像对比度和图像信噪比增加,整体成像效果较佳。     

基于MIMO的ISAR成像算法研究

基于RD算法的ISAR成像在实际应用中由于很多复杂的因素导致可利用的成像积累时间短,有可能达不到所要求的方位向分辨率。在此研究了几种不同情况下,结合MIMO技术对同一目标ISAR成像的算法。它采用多个收发雷达对同一目标发射一组射频信号,通过对接收到的回波信号进行匹配滤波实现距离像压缩,将不同雷达接收到的距离像进行选取、插值、组合,最后对组合后数据进行方位向多普勒分辨成像。理论推导以及仿真实验结果证明,该方法在不同情况下都可以在达到方位向分辨率的前提下,缩短成像所需时间,或者在确保成像时间的前提下,提高成像的分辨率。这样缩短成像时间的方法扩大了ISAR成像的应用范围,提高了ISAR成像效果。     

Three-dimensional ISAR imaging of maneuvering targets using threereceivers

The conventional ISAR image is a two-dimensional (2-D) projection of a three-dimensional (3-D) object surface. The image (projection) plane is related to the motion of a target with respect to the line of radar sight (LOS). In general, the image plane and the image scale in the cross range direction can not be determined by the traditional ISAR system with one receiver unless the target motion knowledge is known. In this paper, we propose a new ISAR system with three receivers. Using the three-receiver ISAR system, 3-D images of maneuvering targets can be generated, where the knowledge of the target motion is not required.     

基于器官跟踪的人脸实时跟踪方法

头肩序列图像的人脸跟踪有着广泛的应用,但目前的大多数跟踪算法难以同时满足精确与快速的要求.本文提出了一种基于器官跟踪的人脸实时跟踪算法,利用形态学运算对嘴进行跟踪,进而通过对人脸对称性的分析,实现了对头肩序列中人脸的跟踪.由于算法只涉及简单的形态学运算^[1]和局部的旋转运算,速度达到实时要求,同时人脸对称性的分析保证了跟踪结果的精确性.     

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.     

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...     

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.