專(zhuān)利名稱(chēng)：基于機(jī)動(dòng)目標(biāo)距離-瞬時(shí)調(diào)頻的isar成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及成像，具體說(shuō)的是一種逆合成孔徑雷達(dá)ISAR成像 方法，用于目標(biāo)檢測(cè)與識(shí)別。
背景技術(shù)：
ISAR是一種高分辨小旋轉(zhuǎn)角成像技術(shù)，在距離方向，它通過(guò)發(fā)射大帶寬信號(hào)獲得 高分辨；在方位方向，高分辨通過(guò)目標(biāo)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)回波間的相干積累取得。近二十年來(lái)， ISAR成像理論和技術(shù)有了很大發(fā)展，并逐步應(yīng)用于實(shí)際系統(tǒng)，它能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行全天候、全天 時(shí)和遠(yuǎn)距離觀察，獲得目標(biāo)的高分辨率圖像，以對(duì)目標(biāo)進(jìn)行分類(lèi)和識(shí)別。ISAR成像技術(shù)已經(jīng)相對(duì)比較成熟。對(duì)平穩(wěn)飛行目標(biāo)，在成像的各個(gè)環(huán)節(jié)，包絡(luò)對(duì) 齊，自聚焦和橫向成像，都有一系列卓有成效的快速算法。例如，在包絡(luò)對(duì)齊方面，有基于頻 域快速相關(guān)法，散射重心加近距離單元滑動(dòng)相關(guān)法，基于范數(shù)1距離最近的滑動(dòng)對(duì)齊法，復(fù) 包絡(luò)相關(guān)法，最小熵方法，全局相關(guān)，和超分辨方法。在自聚焦方面，有單特顯點(diǎn)法，多特顯 點(diǎn)綜合法，散射重心方法，多普勒中心跟蹤法。在成像方面，主要用橫向傅氏變換，對(duì)轉(zhuǎn)角較 小不滿(mǎn)足橫向分辨要求時(shí)，用Burg外推，RELAX等超分辨方法。對(duì)于目標(biāo)機(jī)動(dòng)飛行，當(dāng)目標(biāo) 不很大，散射點(diǎn)不發(fā)生大的距離走動(dòng)時(shí)，平穩(wěn)飛行的包絡(luò)對(duì)齊方法仍然適合于機(jī)動(dòng)飛行。一 些自聚焦方法也適用于機(jī)動(dòng)飛行目標(biāo)，如散射中心法。然而，由于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的非合作性，若目標(biāo)在觀測(cè)期間作機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)，即目標(biāo)相對(duì)于雷 達(dá)視線的姿態(tài)成偏航、側(cè)擺和俯仰三維運(yùn)動(dòng)。經(jīng)過(guò)平動(dòng)補(bǔ)償后，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)等效為非均勻轉(zhuǎn) 動(dòng)的轉(zhuǎn)臺(tái)目標(biāo)，此時(shí)單個(gè)散射點(diǎn)方位回波信號(hào)的變化規(guī)律一般比較復(fù)雜，多普勒是時(shí)變的， 為調(diào)幅-調(diào)頻信號(hào)。因而，機(jī)動(dòng)目標(biāo)的ISAR成像的方位向處理也就可以歸結(jié)為多分量調(diào) 幅-調(diào)頻信號(hào)的參數(shù)估計(jì)和提取的問(wèn)題。已有的對(duì)平動(dòng)補(bǔ)償后的機(jī)動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)成像的方 法，如Radon-Wigner瞬時(shí)成像，聯(lián)合時(shí)頻分布的方法，基于自適應(yīng)Chirplet分解的ISAR成 像算法等，這些方法通常都假設(shè)單個(gè)散射點(diǎn)的方位信號(hào)為等幅線性調(diào)頻信號(hào)LFM。實(shí)際中回 波信號(hào)的高次相位項(xiàng)會(huì)使信號(hào)在時(shí)頻面上的分布成為曲線并產(chǎn)生嚴(yán)重的交叉項(xiàng)，造成成 像質(zhì)量下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足，提供一種運(yùn)基于機(jī)動(dòng)目標(biāo)距離_瞬 時(shí)調(diào)頻的ISAR成像方法，以抑制回波信號(hào)的高次相位項(xiàng)產(chǎn)生的交叉項(xiàng)，有效的提高 成像質(zhì)量。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括如下步驟(1)對(duì)原始數(shù)據(jù)信號(hào)依次進(jìn)行距離壓縮、包絡(luò)對(duì)齊和距離走動(dòng)校正；并將距離走 動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)劃分為若干個(gè)距離單元，定義每個(gè)距離單元的回波序列總信號(hào)為
其中，k表示信號(hào)分量的序號(hào)，ok(t)，ok,Q，fk，yk, A, j，t分別表示成像時(shí)刻第 k個(gè)信號(hào)分量的幅度，初相，起始頻率，起始調(diào)頻率，二次調(diào)頻率，虛數(shù)符號(hào)和時(shí)間變量；(2)取其中一個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)，計(jì)算出該距離單元數(shù)據(jù)信號(hào)的能量；取k = 1 ；(3)估計(jì)第一個(gè)信號(hào)分量S1 (t)的起始調(diào)頻率Y ！和二次調(diào)頻率A，并由此得到瞬 時(shí)調(diào)頻率為A (4)根據(jù)起始調(diào)頻率Y ！和二次調(diào)頻率A，構(gòu)造參考信號(hào) (5)利用構(gòu)造的參考信號(hào)對(duì)總信號(hào)進(jìn)行解調(diào)頻處理，并對(duì)解調(diào)頻處理后的信號(hào)進(jìn) 行傅里葉變換，得到解調(diào)頻處理后的信號(hào)譜Sd(f)；(6)從解調(diào)頻處理后的信號(hào)譜中濾出第一信號(hào)分量的信號(hào)譜 其中
f為頻率變量，為初始頻率，(7)從解調(diào)頻處理后的信號(hào)譜Sd (f)中除去第一信號(hào)分量的信號(hào)譜SJf)，得到剩 余信號(hào)的信號(hào)譜Sr (f)；(8)對(duì)剩余信號(hào)的信號(hào)譜進(jìn)行逆傅里葉變換，并與構(gòu)造的參考信號(hào)相乘，得到剩余 信號(hào)民(t)，并計(jì)算該剩余信號(hào)剩余能量Ε= Σ k(t) I2，定義剩余能量比率為ξ = Ε/Ε0, 其中E0= Σ I s (t) 12，為總信號(hào)的能量；(9)對(duì)剩余信號(hào)的信號(hào)譜民(f)做逆傅里葉變換，得到散射點(diǎn)的幅度σ k(t)；將總 信號(hào)更新為此時(shí)的剩余信號(hào)S (t) = sr (t)，并將信號(hào)分量的序號(hào)k加1，進(jìn)入下一個(gè)信號(hào)分 量的計(jì)算；(10)重復(fù)執(zhí)行步驟(3)_(9)，直到剩余能量比率ξ小于預(yù)定的門(mén)限值0. 1 ；(11)重復(fù)執(zhí)行步驟(2)-(10)，直到計(jì)算完所有的距離單元；(12)將各個(gè)距離單元中散射點(diǎn)的幅度σ k(t)按照其瞬時(shí)調(diào)頻率Yk(t)的值填入 距離_瞬時(shí)調(diào)頻二維平面上的相應(yīng)位置，得到目標(biāo)t時(shí)刻的距離瞬時(shí)調(diào)頻ISAR圖像。本發(fā)明的優(yōu)勢(shì)在于，提出了一種對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的距離-瞬時(shí)調(diào)頻率的ISAR成像方 法，通過(guò)對(duì)時(shí)間-調(diào)頻率分布平面上信號(hào)的分析和積累，能夠抑制回波信號(hào)的高次相位產(chǎn) 生的交叉項(xiàng)的影響，有效提取由于目標(biāo)高機(jī)動(dòng)產(chǎn)生的具有復(fù)雜回波相位特性的ISAR信號(hào)， 并重構(gòu)信號(hào)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高分辨瞬時(shí)RID和RIC成像，提高對(duì)目標(biāo)的ISAR成像概率。具體 表現(xiàn)在通過(guò)上面所述的步驟(3)和(4)有效估計(jì)復(fù)雜運(yùn)動(dòng)目標(biāo)產(chǎn)生的高次相位項(xiàng)，并提取 調(diào)頻率及其變化率特性；之后，通過(guò)步驟(5)和(6)對(duì)回波信號(hào)的中心頻率和幅度能力信息 進(jìn)行有效估計(jì)；接著，利用已有的信息對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行重構(gòu)；最后，通過(guò)步驟(12)完成 對(duì)目標(biāo)的瞬時(shí)調(diào)頻率成像。


圖1是本發(fā)明基于機(jī)動(dòng)目標(biāo)的距離_瞬時(shí)調(diào)頻的ISAR成像流程圖；圖2是本發(fā)明在估計(jì)起始調(diào)頻率和二次調(diào)頻率時(shí)所使用的交叉項(xiàng)示意圖；圖3是本發(fā)明估計(jì)起始調(diào)頻率和二次調(diào)頻率時(shí)對(duì)第一個(gè)信號(hào)分量進(jìn)行變換的結(jié) 果圖；圖4是本發(fā)明采樣TCD和CLEAN方法估計(jì)起始調(diào)頻率和二次調(diào)頻率的結(jié)果圖；圖5是對(duì)艦船目標(biāo)進(jìn)行仿真的結(jié)果圖；圖6是對(duì)艦船目標(biāo)的仿真數(shù)據(jù)進(jìn)行成像的結(jié)果圖；圖7是對(duì)艦船目標(biāo)的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行成像的結(jié)果圖。
具體實(shí)施例方式參照?qǐng)D1，本發(fā)明的ISAR成像過(guò)程包括步驟1，原始數(shù)據(jù)為若干個(gè)距離單元。(Ia)對(duì)艦船目標(biāo)原始數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮；(Ib)對(duì)距離壓縮后的數(shù)據(jù)進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊；(Ic)對(duì)包絡(luò)對(duì)齊后的數(shù)據(jù)進(jìn)行距離走動(dòng)校正；(Id)將距離走動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)劃分為若干個(gè)距離單元，并定義每個(gè)距離單元的回 波序列總信號(hào)如下 k=i
1)其中ok(t)，Ok,0, fk, Yk, 和t分別表示成像時(shí)刻第k個(gè)信號(hào)分量的幅度， 初相，起始頻率，起始調(diào)頻率，二次調(diào)頻率，虛數(shù)符號(hào)和時(shí)間變量。步驟2，取距離走動(dòng)校正后的第一個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)，計(jì)算出該距離單元數(shù)據(jù)信號(hào) 的能量 Ε。=Σ s(t) I20步驟3，估計(jì)第一個(gè)信號(hào)分量S1 (t)的起始調(diào)頻率Y1和二次調(diào)頻率么，得出瞬時(shí) 調(diào)頻率為Yk(t)。(3a)將第一個(gè)信號(hào)分量，即二次調(diào)頻率QFM信號(hào)S1 (t)表示為如下形式(0 = εχρ[7Φ(0] = exp[y(O0 + fx-t+\γλ· 22)其中，Otl表示初相，為初始頻率，Y ！代表調(diào)頻率，A是頻率的二次項(xiàng)。(3b)根據(jù)時(shí)間調(diào)頻率分布非常適合用來(lái)估計(jì)瞬時(shí)調(diào)頻率的特性，將二次調(diào)頻率 QFM信號(hào)S1 (t)轉(zhuǎn)化到時(shí)間-調(diào)頻平面，其分布表示為T(mén)CDs(t，c) = f Zs(t，τ )exp(-jc τ )d τ 其中Z力,τ) =彳 t4)
Zs(t，τ)為信號(hào)的乘積，Z:(i,-T)*Zs(t，τ)的復(fù)共軛轉(zhuǎn)置信號(hào)，τ為時(shí)間延時(shí) 變量，C為時(shí)間-調(diào)頻平面上的直線，KO = Z1+^"為瞬時(shí)調(diào)頻率，δ[·]為沖擊函數(shù)；顯 然，S1 (t)信號(hào)的時(shí)間-調(diào)頻率分布為沿著瞬時(shí)調(diào)頻率Y (t)集聚的一條直線；(3d)根據(jù)時(shí)間-調(diào)頻率分布TCD有時(shí)移不變、頻移不變和調(diào)頻率不變性的性質(zhì)，對(duì) 式1)中的二次調(diào)頻率QFM信號(hào)S1 (t)進(jìn)行時(shí)移、頻移和調(diào)頻率偏移變換，得到變換后的二 次調(diào)頻率QFM信號(hào)
5)其中，t0為時(shí)間偏移量，f0為頻率偏移量，C0為調(diào)頻率偏移量，Y為調(diào)頻率，f是 頻率的二次項(xiàng)；(3e)將式5)代入式3)，得到信號(hào)S1 ‘ (t)時(shí)間-調(diào)頻分布TCD

上式的結(jié)果表明，時(shí)間_調(diào)頻分布TCD不會(huì)受到二次及以下相位項(xiàng)的影響；因此， 利用時(shí)間_調(diào)頻分布TCD對(duì)一個(gè)距離單元內(nèi)散射點(diǎn)的回波序列信號(hào)進(jìn)行處理，可以得到散 射點(diǎn)的瞬時(shí)調(diào)頻率；信號(hào)中的線性及二次相位誤差不會(huì)影響距離_瞬時(shí)調(diào)頻率RIC圖像的 質(zhì)量，最多會(huì)引起RIC圖像的方位向偏移；(3f)以?xún)蓚€(gè)散射點(diǎn)P1和P2的回波信號(hào)為例，取[Ta，Tc2]時(shí)間段內(nèi)兩散射點(diǎn)的回 波數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間-調(diào)頻分布TCD變換，得到的兩個(gè)散射點(diǎn)回波信號(hào)的理想瞬時(shí)調(diào)頻率譜如 圖2所示；由圖2可見(jiàn)，時(shí)間-調(diào)頻分布TCD的自身項(xiàng)受到了交叉項(xiàng)干擾，其中，[TC1, Tc2]為 適合做距離-瞬時(shí)調(diào)頻率RIC成像的時(shí)間段，該交叉項(xiàng)是由于一個(gè)距離單元內(nèi)多個(gè)散射點(diǎn) 回波的多分量的二次調(diào)頻率QFM信號(hào)的時(shí)間-調(diào)頻分布TCD存在而產(chǎn)生的。抑制交叉項(xiàng)干擾的方法就是對(duì)時(shí)間-調(diào)頻平面進(jìn)行Radon變換，也就是在時(shí) 間_調(diào)頻率平面沿著任意直線對(duì)TCDs (t，c)求線積分得Radon變換后的曲線分布 其中，L為用于線積分的任意直線，Ct^PC1分別為此曲線分布的橫、縱坐標(biāo)變量， C0, C1分別表示第一個(gè)信號(hào)分量S1 (t)的起始調(diào)頻率Y1和二次調(diào)頻率A的值在曲線分布 Ds中的尖峰位置的坐標(biāo)值，并由此可得瞬時(shí)調(diào)頻率Yk(t)，Xt⑴=6+)^"，其中Y1 = Ctl,
Xl = cI ；圖3(b)為對(duì)圖3(a)中的時(shí)間-調(diào)頻分布TCD進(jìn)行Radon變化得到的曲線分布圖， 其中兩個(gè)尖峰代表了兩個(gè)散射點(diǎn)P1和P2各自的回波信號(hào)分量，由圖3 (b)中尖峰的位置可 估計(jì)出信號(hào)分量的瞬時(shí)調(diào)頻率；步驟4，根據(jù)初始調(diào)頻率Y工和二次調(diào)頻率么構(gòu)造參考信號(hào)。在有多個(gè)信號(hào)分量的情況下，信號(hào)分量中存在弱信號(hào)分量，弱信號(hào)分量有可能會(huì) 被強(qiáng)信號(hào)分量的交叉項(xiàng)所掩蓋，從而導(dǎo)致無(wú)法準(zhǔn)確的估計(jì)出信號(hào)分量參數(shù)，為解決此問(wèn)題， 需要結(jié)合'CLEAN'技術(shù)來(lái)估計(jì)多分量二次調(diào)頻率信號(hào)QFM的瞬時(shí)多普勒頻率和調(diào)頻率。通過(guò)估計(jì)(3f)中尖峰位置坐標(biāo)得到的Y1和么構(gòu)造以下參考信號(hào)雙e/(i)= exp [_/.(★ )V2+ir>3)] 。8)步驟5，利用參考信號(hào)Sref1U)對(duì)式1)所示的總信號(hào)s(t)進(jìn)行解調(diào)頻處理，可得解調(diào)頻后的信號(hào) 其中 上式中、(t)則表剩余信號(hào)，Oli0表示第一個(gè)信號(hào)分量的初相，^ζ^( )表示參考 信號(hào)Sref1U)的共軛，可以發(fā)現(xiàn)Sd(t)中的所有信號(hào)分量的調(diào)頻率和二次調(diào)頻都分別減去 了、和A，使第一個(gè)信號(hào)分量變?yōu)橐粋€(gè)單頻信號(hào)。步驟6，對(duì)Sd(t)進(jìn)行傅立葉變換，可得解調(diào)頻處理后的信號(hào)譜為 其中FFT[ ·]表示傅立葉變換，S1 (f)為第一個(gè)信號(hào)分量的頻譜，Sr(f)為剩余信 號(hào)分量的頻譜。從式12)可見(jiàn)，只有第一個(gè)信號(hào)分量頻譜S1 (f) = FFT [S1 (t)]為窄譜，剩余信號(hào)分 量的頻譜SJf) =FFT[sr(t)]都是展寬的，因此很容易從Sd(f)的表達(dá)式所示的頻譜中估 計(jì)出第一個(gè)信號(hào)分量的多普勒頻率以備后續(xù)估計(jì)信號(hào)的最強(qiáng)幅度。步驟7，用窄窗在頻域中從解調(diào)頻后信號(hào)頻譜Sd(f)中濾出將第一信號(hào)分量的窄 譜 其中， 其中，WIN1 (f)為濾波器函數(shù)，Af1表示第一信號(hào)分量Sl⑴的帶寬。利用式13) 可從解調(diào)頻后的信號(hào)頻譜Sd(f)中濾除第一信號(hào)分量的主瓣，并且保證對(duì)其余信號(hào)分量的 影響很小。步驟8，從總的信號(hào)譜中除去第一信號(hào)分量的頻譜S1 (f)，得到剩余信號(hào)的頻譜 ^ (f)，并對(duì)其進(jìn)行逆傅里葉變換，對(duì)式8)中的參考信號(hào)進(jìn)行匹配，得到剩余信號(hào) 其中，IFFT[ ·]代表逆傅立葉變換。步驟9，利用式15)中剩余信號(hào)SJt)計(jì)算剩余能量E，其中E =Σ sr(t) |2，并定 義剩余能量比率為I =E/E0。步驟10，將式13)中濾出的第一信號(hào)分量頻譜S1 (f)做逆傅里葉變換S1 (t) = IFFTtS1 (f) ] · exp (-Jf1 · t) = σ i (t) · exp(jOlj0)16)其中，0l(t)為第一信號(hào)分量S1⑴的幅度；步驟11，用式16)中的第一信號(hào)分量幅度0l(t)更新式1)中總信號(hào)幅度ok(t)， 即0k(t) = 0l(t)，此時(shí)k為1，這是由于式1)中的信號(hào)分量序號(hào)k是一個(gè)隨步驟循環(huán)執(zhí) 行而遞增的值，所以當(dāng)重復(fù)執(zhí)行以上步驟時(shí)能夠得出第k個(gè)信號(hào)分量的幅度，然后再把信號(hào)分量的幅度值賦值給ok(t)。步驟12，更新總信號(hào)s⑴，令s (t) = Sr⑴，并使信號(hào)分量序號(hào)k增加1，然后重 復(fù)執(zhí)行步驟3-步驟11，處理剩余信號(hào)直到剩余能量比率ξ小于預(yù)定的門(mén)限值，例如 ξ 為 0. 1。步驟13，重復(fù)執(zhí)行步驟2-步驟12，計(jì)算完所有的距離單元后，得到距離單元信號(hào) 中各散射點(diǎn)子回波的幅度和瞬時(shí)調(diào)頻率。由于前面所估計(jì)的幅度σ k(t)和瞬時(shí)調(diào)頻率Yk(t)分別反映了 t時(shí)刻目標(biāo)散射 點(diǎn)的強(qiáng)度和橫向位置，故將各個(gè)距離單元中散射點(diǎn)的幅度。k(t)按照其瞬時(shí)調(diào)頻率Yk(t) 的值填入距離_方位二維平面上的相應(yīng)位置，就能夠得到目標(biāo)t時(shí)刻的距離-瞬時(shí)調(diào)頻RIC 的ISAR圖像。本發(fā)明的效果可以通過(guò)以下仿真和實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)一步說(shuō)明仿真1 對(duì)兩散射點(diǎn)P1和P2的回波信號(hào)變換到時(shí)間_調(diào)頻平面進(jìn)行仿真，首先把如圖3 (a) 所示的兩閃射點(diǎn)P1和P2總回波信號(hào)的時(shí)間-調(diào)頻分布TCD根據(jù)本發(fā)明的時(shí)間_調(diào)頻分布 TCD結(jié)合CLEAN算法進(jìn)行處理，估計(jì)出信號(hào)中兩個(gè)分量的參數(shù)，有調(diào)頻率，二次調(diào)頻率，幅 度；接著利用這些參數(shù)準(zhǔn)確重構(gòu)出兩散射點(diǎn)P1和P2的單個(gè)回波信號(hào)分量，即從兩散射點(diǎn)P1 和P2的總回波信號(hào)中提取出了其各自的回波信號(hào)分量；接著把重構(gòu)出的兩個(gè)回波信號(hào)分量 變換到時(shí)間-調(diào)頻平面，其結(jié)果如圖4所示，其中圖4是對(duì)兩閃射點(diǎn)P1和P2總回波信號(hào)用本發(fā)明時(shí)間_調(diào)頻分布TCD結(jié)合CLEAN 算法提取的單個(gè)回波信號(hào)分量的時(shí)間-調(diào)頻分布TCD圖；從圖4與圖3 (a)相比可以發(fā)現(xiàn)，圖4中時(shí)間-調(diào)頻分布TCD的交叉項(xiàng)得到了有效 的抑制，同時(shí)對(duì)信號(hào)調(diào)頻率的估計(jì)也是相當(dāng)準(zhǔn)確。仿真2 對(duì)船艦?zāi)繕?biāo)進(jìn)行仿真，首先建立目標(biāo)艦船的原始模型；接著對(duì)該模型的仿真回波 信號(hào)進(jìn)行距離壓縮和包絡(luò)對(duì)齊；接著取出處理經(jīng)過(guò)距離壓縮和包絡(luò)對(duì)齊的回波信號(hào)中某一 距離單元信號(hào)并將其變換到的時(shí)間_調(diào)頻平面；接著對(duì)變換到時(shí)間_調(diào)頻平面的信號(hào)進(jìn)行 Radon變換；接著用本發(fā)明的時(shí)間-調(diào)頻分布TCD結(jié)合CLEAN算法對(duì)經(jīng)過(guò)距離壓縮和包絡(luò) 對(duì)齊的回波信號(hào)中的某一距離單元信號(hào)進(jìn)行處理，估計(jì)得到單個(gè)信號(hào)分量的調(diào)頻率，二次 調(diào)頻率，瞬時(shí)調(diào)頻率和幅度；接著利用這些參數(shù)而重構(gòu)出來(lái)的單個(gè)信號(hào)分量，這樣重復(fù)8次 就重構(gòu)出了 8個(gè)信號(hào)分量；最后將此8個(gè)信號(hào)分量變換到時(shí)間_調(diào)頻平面，其結(jié)果如圖5所 示，其中圖5 (a)是仿真目標(biāo)船艦的原始模型；圖5(b)是對(duì)目標(biāo)船艦的原始模型的仿真回波信號(hào)進(jìn)行距離壓縮和包絡(luò)對(duì)齊后， 對(duì)某一距離單元信號(hào)的時(shí)間_調(diào)頻分布TCD圖；圖5(c)是將圖5(b)中時(shí)間-調(diào)頻分布TCD進(jìn)行Radon變換后的曲線分布圖；圖5 (d)是對(duì)重構(gòu)的8個(gè)信號(hào)分量做時(shí)間_調(diào)頻率分布TCD的結(jié)果；從圖5(c)可見(jiàn)，曲線分布圖中的尖峰位置不能明顯區(qū)分，此尖峰位置坐標(biāo)分別表 示各分量信號(hào)的起始調(diào)頻率和二次調(diào)頻率，這是由于圖5(b)中時(shí)間-調(diào)頻平面上的直線 使得各信號(hào)分量的調(diào)頻率是時(shí)變的，而且時(shí)間-調(diào)頻分布TCD中的交叉項(xiàng)嚴(yán)重影響了自身
9項(xiàng)；從圖5(d)與圖5(b)中的結(jié)果對(duì)比可以發(fā)現(xiàn)，圖5(d)中時(shí)間-調(diào)頻率分布TCD的 交叉項(xiàng)得到了明顯的抑制。仿真3:對(duì)目標(biāo)船艦?zāi)Ｐ偷姆抡婊夭〝?shù)據(jù)，分別用已有技術(shù)距離瞬時(shí)_多普勒RID方法和 本發(fā)明提出的時(shí)間-調(diào)頻分布TCD結(jié)合CLEAN算法進(jìn)行成像，其結(jié)果如圖6所示，其中圖6 (a)是利用傳統(tǒng)的距離瞬時(shí)_多普勒RID成像算法對(duì)圖5 (a)中目標(biāo)船艦?zāi)Ｐ?的仿真回波數(shù)據(jù)在三個(gè)不同的成像時(shí)刻進(jìn)行處理得到的三幅距離瞬時(shí)_多普勒RID圖像；圖6(b)是在與圖6(a)相同的三個(gè)成像時(shí)刻，用本發(fā)明的時(shí)間-調(diào)頻分布TCD結(jié) 合CLEAN算法對(duì)圖5 (a)中目標(biāo)船艦?zāi)Ｐ偷姆抡婊夭〝?shù)據(jù)進(jìn)行處理得到的三幅距離-瞬時(shí) 調(diào)頻RIC圖像；從圖6(a)可見(jiàn)，第二幅圖像的分辨率要高于另外兩個(gè)時(shí)刻，這是由于此時(shí)的多普 勒譜寬要大于其它成像時(shí)刻。從圖6(b)與圖6(a)相比可見(jiàn)，在三個(gè)不同的成像時(shí)刻，用本發(fā)明時(shí)間-調(diào)頻分布 TCD結(jié)合CLEAN算法處理得到的三幅距離-瞬時(shí)調(diào)頻RIC圖像都具有良好質(zhì)量。仿真4:對(duì)海面艦船目標(biāo)的實(shí)測(cè)回波數(shù)據(jù)，分別用已有技術(shù)距離瞬時(shí)_多普勒RID方法和 本發(fā)明提出的時(shí)間-調(diào)頻分布TCD結(jié)合CLEAN算法進(jìn)行成像，本試驗(yàn)中雷達(dá)工作在X波段， 帶寬為240MHz，脈沖重復(fù)頻率為125Hz，雷達(dá)距海平面高度約100米左右，雷達(dá)視線與艦船 之間的相對(duì)斜視角約為45度，其結(jié)果如圖7所示，其中圖7(a)是利用已有技術(shù)距離瞬時(shí)_多普勒RID成像算法對(duì)海面艦船目標(biāo)的實(shí)測(cè) 回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理產(chǎn)生的不同時(shí)刻的三幅距離瞬時(shí)_多普勒RID圖像；圖7(b)是在與圖7(a)相同的三個(gè)成像時(shí)刻，利用本發(fā)明提出的時(shí)間-調(diào)頻分布 TCD結(jié)合CLEAN算法對(duì)海面艦船目標(biāo)的實(shí)測(cè)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理產(chǎn)生的三幅距離_瞬時(shí)調(diào)頻 RIC圖像；從圖7(b)中距離-瞬時(shí)調(diào)頻RIC圖像與圖7 (a)中的瞬時(shí)-多普勒RID圖像相比 可知，利用本發(fā)明提出的算法可以在多普勒譜很窄，已有技術(shù)距離瞬時(shí)-多普勒RID算法無(wú) 法有效成像的情況下，得到有效的距離_瞬時(shí)調(diào)頻RIC圖像。與已有瞬時(shí)-多普勒RID成 像方法相比，本發(fā)明的距離瞬時(shí)調(diào)頻的成像方法顯然可以得到目標(biāo)的更多信息。
權(quán)利要求
一種基于機(jī)動(dòng)目標(biāo)距離 瞬時(shí)調(diào)頻的ISAR瞬時(shí)成像方法，包括如下步驟 (1)對(duì)原始數(shù)據(jù)信號(hào)依次進(jìn)行距離壓縮、包絡(luò)對(duì)齊和距離走動(dòng)校正；并將距離走動(dòng)校正后的數(shù)據(jù)劃分為若干個(gè)距離單元，定義每個(gè)距離單元的回波序列總信號(hào)為 其中，k表示信號(hào)分量的序號(hào)，σk(t)，Φk，0，fk，γk， j，t分別表示成像時(shí)刻第k個(gè)信號(hào)分量的幅度，初相，起始頻率，起始調(diào)頻率，二次調(diào)頻率，虛數(shù)符號(hào)和時(shí)間變量； (2)取其中一個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)，計(jì)算出該距離單元數(shù)據(jù)信號(hào)的能量；取k＝1； (3)估計(jì)第一個(gè)信號(hào)分量s1(t)的起始調(diào)頻率γ1和二次調(diào)頻率 并由此得到瞬時(shí)調(diào)頻率為 (4)根據(jù)起始調(diào)頻率γ1和二次調(diào)頻率 構(gòu)造參考信號(hào) (5)利用構(gòu)造的參考信號(hào)對(duì)總信號(hào)進(jìn)行解調(diào)頻處理，并對(duì)解調(diào)頻處理后的信號(hào)進(jìn)行傅里葉變換，得到解調(diào)頻處理后的信號(hào)譜Sd(f)； (6)從解調(diào)頻處理后的信號(hào)譜中濾出第一信號(hào)分量的信號(hào)譜S1(f)＝WIN1(f)·Sd(f)， 其中 f為頻率變量，f1為初始頻率，Δf1為第一信號(hào)分量的帶寬； (7)從解調(diào)頻處理后的信號(hào)譜Sd(f)中除去第一信號(hào)分量的信號(hào)譜S1(f)，得到剩余信號(hào)的信號(hào)譜Sr(f)； (8)對(duì)剩余信號(hào)的信號(hào)譜進(jìn)行逆傅里葉變換，并與構(gòu)造的參考信號(hào)相乘，得到剩余信號(hào)Sr(t)，并計(jì)算該剩余信號(hào)剩余能量E＝∑|Sr(t)|2，定義剩余能量比率為ξ＝E/E0，其中E0＝∑|s(t)|2，為總信號(hào)的能量； (9)對(duì)剩余信號(hào)的信號(hào)譜Sr(f)做逆傅里葉變換，得到散射點(diǎn)的幅度σk(t)；將總 信號(hào)更新為此時(shí)的剩余信號(hào)s(t)＝sr(t)，并將信號(hào)分量的序號(hào)k加1，進(jìn)入下一個(gè)信號(hào)分量的計(jì)算； (10)重復(fù)執(zhí)行步驟(3) (9)，直到剩余能量比率ξ小于預(yù)定的門(mén)限值0.1； (11)重復(fù)執(zhí)行步驟(2) (10)，直到計(jì)算完所有的距離單元； (12)將各個(gè)距離單元中散射點(diǎn)的幅度σk(t)按照其瞬時(shí)調(diào)頻率γk(t)的值填入距離 瞬時(shí)調(diào)頻二維平面上的相應(yīng)位置，得到目標(biāo)t時(shí)刻的距離瞬時(shí)調(diào)頻ISAR圖像。 FSA00000149468300011.tif,FSA00000149468300012.tif,FSA00000149468300013.tif,FSA00000149468300014.tif,FSA00000149468300015.tif,FSA00000149468300016.tif,FSA00000149468300017.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ISAR瞬時(shí)成像方法，其特征在于步驟(3)所述的估計(jì)第一個(gè) 信號(hào)分量31(0的起始調(diào)頻率Y1和二次調(diào)頻率A，按如下步驟進(jìn)行(2a)將第一個(gè)信號(hào)分量S1 (t)表示為如下形式 其中，Φ (t)為相位，O0為初相，為初始頻率； (2b)將第一個(gè)信號(hào)分量S1 (t)轉(zhuǎn)化到時(shí)間-調(diào)頻平面，其分布表示為 TCDs (t， 其中 Zs (t, τ)為信號(hào)的乘積，Z丨(K)SZs (t，τ)的共軛轉(zhuǎn)置信號(hào)，τ為時(shí)間延時(shí)變量， c為時(shí)間_調(diào)頻平面上的直線，S1* (t)為第一個(gè)信號(hào)分量S1 (t)的共軛信號(hào)，δ [·]為沖擊 函數(shù)；(2c)對(duì)時(shí)間-調(diào)頻平面進(jìn)行Radon變換，在時(shí)間-調(diào)頻平面沿著任意直線對(duì)TCDs (t， c)求線積分，得到第一個(gè)信號(hào)分量S1 (t)的曲線分布Ds (c0, C1) = / LTCDS (t, c)ds，其中，L為用于線積分的任意直線，C0和C1分別為此曲線分布的橫、縱坐標(biāo)變量，c0, C1 分別表示第一個(gè)信號(hào)分量S1 (t)的起始調(diào)頻率Y1和二次調(diào)頻率A的值在曲線分布Ds中的 尖峰位置的坐標(biāo)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ISAR瞬時(shí)成像方法，其特征在于步驟(5)中所述的利用構(gòu) 造的參考信號(hào)對(duì)總信號(hào)進(jìn)行解調(diào)頻處理，通過(guò)如下公式進(jìn)行 其中，Sd(t)為解調(diào)頻處理后的信號(hào)，^妖‘⑴為構(gòu)造的參考信號(hào)的共軛信號(hào)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ISAR瞬時(shí)成像方法，其特征在于步驟(10)所述的預(yù)定門(mén)限 值0. 1，是根據(jù)ISAR成像信號(hào)統(tǒng)計(jì)模型概率分布來(lái)計(jì)算的，認(rèn)為小于門(mén)限值0.01以下的小 信號(hào)分量已經(jīng)不會(huì)影響ISAR成像質(zhì)量和對(duì)目標(biāo)的特征提取及識(shí)別，可以忽略不計(jì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的ISAR瞬時(shí)成像方法，其特征在于步驟(12)所述的將各個(gè)距 離單元中散射點(diǎn)的幅度。k(t)按照其瞬時(shí)調(diào)頻率Yk(t)的值填入距離-瞬時(shí)調(diào)頻二維平 面上的相應(yīng)位置，是先以距離和瞬時(shí)調(diào)頻率為坐標(biāo)建立一個(gè)二維平面；再用各個(gè)距離單元 中散射點(diǎn)的幅度ok(t)對(duì)應(yīng)的距離和瞬時(shí)調(diào)頻率Yk(t)構(gòu)成坐標(biāo)；然后將ok(t)填入該 坐標(biāo)在二維平面中對(duì)應(yīng)的位置。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種ISAR瞬時(shí)成像的方法。該方法是首先，對(duì)距離壓縮后的回波信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊和距離走動(dòng)校正；然后，利用發(fā)明的時(shí)間-調(diào)頻率分布TCD結(jié)合Clean算法對(duì)各距離單元信號(hào)進(jìn)行處理，得到指定時(shí)刻瞬時(shí)多普勒譜和瞬時(shí)調(diào)頻率譜；最后，根據(jù)得到的瞬時(shí)多普勒譜重構(gòu)目標(biāo)的距離瞬時(shí)調(diào)頻率圖像，根據(jù)得到的瞬時(shí)調(diào)頻率譜重構(gòu)目標(biāo)的圖像，實(shí)現(xiàn)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的動(dòng)態(tài)ISAR成像。本發(fā)明不同于以往的方法，是一種新型的瞬時(shí)成像方法，可以獲得更多的目標(biāo)信息并且大大改善對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別能力，成像效果好。
文檔編號(hào)G01S13/90GK101900813SQ20101018813
公開(kāi)日2010年12月1日 申請(qǐng)日期2010年5月31日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月31日
發(fā)明者全英匯, 徐藝, 李亞超, 邢孟道, 高昭昭 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)