基于信號預(yù)處理的高速目標(biāo)isar步進頻信號合成方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達信號處理領(lǐng)域，涉及逆合成孔徑雷達（ISAR)成像技術(shù)，特別涉及 一種基于信號預(yù)處理的高速目標(biāo)ISAR步進頻信號合成方法，可用于對一般目標(biāo)以及高速 目標(biāo)的成像處理。
【背景技術(shù)】
[0002] 逆合成孔徑雷達在空中目標(biāo)觀測領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛，可以用來對動目標(biāo)進行 分類和識別，進行戰(zhàn)場監(jiān)視及預(yù)警等，在軍用和民用領(lǐng)域都具有廣泛的應(yīng)用價值。為了獲得 目標(biāo)的詳細信息，需要對目標(biāo)進行高分辨成像，所以需要在距離向發(fā)射大帶寬的信號，再對 回波信號進行匹配濾波獲得距離高分辨圖像。發(fā)射大帶寬信號對雷達接收機的技術(shù)要求較 高，成本昂貴，所以一般發(fā)射步進頻信號，并利用頻帶合成技術(shù)，將步進頻信號后期處理為 大帶寬信號。這樣可以降低對雷達接收機帶寬的要求，還可以降低A/D采樣頻率，節(jié)約了雷 達接收機的制造成本，同時便于系統(tǒng)實現(xiàn)。
[0003] 步進頻信號的頻帶合成效果受雷達回波信號相位的影響很大，一般采用直接采樣 接收回波信號的方式來較好地保持回波信號的相干性，而對于一個脈組（雷達一次發(fā)射的 所有子脈沖的組合）內(nèi)的不同載頻信號而言，目標(biāo)的運動使不同載頻信號具有不同的多普 勒信息，必須進行目標(biāo)的運動補償才能使回波信號的相位具有相干性，從而可以得到高分 辨的距離像。目前國際上常用的運動補償方法均基于"一步一停"近似回波信號模型來實 現(xiàn)，對遠距離的高速運動目標(biāo)并不能進行高質(zhì)量的成像。"一步一停"近似回波信號模型可 以分為傳統(tǒng)"一步一停"模型和快速"一步一停"模型，前者認為雷達在發(fā)射信號、接收信號 和信號傳播的整個過程中，雷達和目標(biāo)的相對位置保持不變；后者認為雷達在發(fā)射信號和 接收信號過程中，雷達和目標(biāo)的相對位置保持不變，但在信號傳播過程中，雷達和目標(biāo)存在 相對運動。所以快速"一步一停"模型是傳統(tǒng)"一步一停"模型的改進形式，但仍然是一種近 似模型。兩種"一步一停"模型均存在不同程度的近似，沒有嚴格考慮雷達在發(fā)射信號和接 收信號過程中，目標(biāo)運動對回波信號的影響，因此，兩種"一步一停"模型存在三個問題：多 普勒模糊數(shù)在脈組內(nèi)不統(tǒng)一、脈組內(nèi)各回波信號不相關(guān)和各不同載頻回波信號的頻譜中心 偏移量不一致。這些都會影響距離向頻帶合成，從而影響ISAR目標(biāo)的距離向成像質(zhì)量。對 于低速目標(biāo)的成像，這些影響可以忽略；當(dāng)運用"一步一停"模型得到的目標(biāo)和雷達間的距 離誤差大于四分之一波長，目標(biāo)屬于高速目標(biāo)，對于高速目標(biāo)的成像，這些影響較為嚴重。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種基于信號預(yù)處理的高速目 標(biāo)ISAR步進頻信號合成方法，能夠克服"一步一停"近似回波信號模型中引入的近似對高 速目標(biāo)ISAR成像質(zhì)量的影響。
[0005] 實現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)關(guān)鍵是：對接收到的高度目標(biāo)的ISAR步進頻信號進行重新 組合；對重新組合后的ISAR步進頻信號進行預(yù)處理，依次包括距離快速傅里葉變換、多普 勒模糊抑制、回波信號相關(guān)性重建和頻譜中心校正；再進行頻帶合成，實現(xiàn)對高速目標(biāo)的高 質(zhì)量ISAR成像。
[0006] 為達到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。
[0007] -種基于信號預(yù)處理的高速目標(biāo)ISAR步進頻信號合成方法，其特征在于，包括以 下步驟：
[0008]步驟1，接收高速目標(biāo)的ISAR步進頻信號，對高速目標(biāo)的ISAR步進頻信號直接采 樣，得到第m個脈組內(nèi)的第n個子脈沖信號為sp，)，其中，f為快時間，tn為一個脈組內(nèi) 的慢時間，tn=nTR，n= 0, 1，…N-l，N為每個脈組的子脈沖數(shù)量，TR為兩個相鄰子脈沖的 發(fā)射時間間隔，tm為脈組間的慢時間，tm=mNTR，m= 0, 1，…M-l，M為發(fā)射的脈組總數(shù)；
[0009] 步驟2,從M個脈組的所有子脈沖信號中選擇出具有相同載頻fn的子脈沖信號，將 具有相同載頻fn的子脈沖信號組成第n個子脈沖信號序列尤ft；)，n= 0, 1，…N-1 ;將N個子脈沖信號序列)進行順序組合，得到序列組;
[0010] 步驟3,對序列組Dp人;)中的第n個子脈沖信號序列< 進行預(yù)處理，得到第 n個預(yù)處理后的子脈沖信號序列尤gc)，n = 0, 1，…N-1 ;將N個預(yù)處理后的子脈沖信號 序列進行順序組合，得到預(yù)處理后的序列組人所述預(yù) 處理依次包含距離快速傅里葉變換、多普勒模糊抑制、信號相關(guān)性創(chuàng)建和頻譜中心校正；
[0011] 步驟4,對預(yù)處理后的序列組人）進行頻帶合成，即將預(yù)處理后的第m個脈組 內(nèi)的N個子脈沖信號進行順序組合，得到預(yù)處理后的第m個脈組；再將預(yù)處理后的第m個 脈組內(nèi)的N個子脈沖信號進行合成，得到第m個合成信號S(f；，〇，其中，m= 0, 1，…M-1， [0,B]為距離頻率，B=NAf，Af為子脈沖頻率步進值。
[0012] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：本發(fā)明針對高速目標(biāo)的成像過程中，"一步 一停"近似回波信號模型中的近似造成的三個問題，即多普勒模糊數(shù)在脈組內(nèi)不統(tǒng)一、脈組 內(nèi)各回波信號不相關(guān)和各頻率回波信號的頻譜中心偏移量不一致，首先對高速目標(biāo)的ISAR 步進頻信號進行重新組合，然后對重新組合后的ISAR步進頻信號進行預(yù)處理，再進行頻帶 合成，有效地提升了高速目標(biāo)的ISAR成像質(zhì)量。
【附圖說明】
[0013] 下面結(jié)合【附圖說明】和【具體實施方式】對本發(fā)明作進一步詳細說明。
[0014] 圖1是本發(fā)明的流程圖。
[0015]圖2是本發(fā)明對高速目標(biāo)進行多普勒模糊抑制的仿真結(jié)果圖，橫坐標(biāo)為多普勒， 單位為Hz，縱坐標(biāo)為距離頻率，單位為MHz，其中：
[0016] 圖2a是第1個脈組中第1個子脈沖信號的二維頻譜圖；
[0017]圖2b是用本發(fā)明方法對第1個脈組中第1個子脈沖信號進行多普勒模糊抑制后 的二維頻譜圖。
[0018] 圖3a是本發(fā)明對高速目標(biāo)的ISAR步進頻信號直接進行距離頻帶合成的結(jié)果圖；
[0019] 圖3b為本發(fā)明對高速目標(biāo)的ISAR步進頻信號進行頻譜中心校正之后，再進行距 離頻帶合成的結(jié)果圖；
[0020]圖3a-圖3b中，橫坐標(biāo)為方位時間，單位為秒（s)，縱坐標(biāo)為距離單元，單位為米 (m)〇
[0021] 圖4a為仿真目標(biāo)的三維模型圖，X軸為模型長度，單位為米（m)，Y軸為模型寬度， 單位為米（m)，Z軸為模型高度，單位為米（m);
[0022] 圖4b為傳統(tǒng)"一步一停"模型對仿真目標(biāo)的成像結(jié)果圖；
[0023] 圖4c為快速"一步一停"模型對仿真目標(biāo)的成像結(jié)果圖；
[0024] 圖4d為本發(fā)明方法對仿真目標(biāo)的成像結(jié)果圖；
[0025] 圖4b-圖4d中，橫坐標(biāo)為多普勒單元，單位為Hz，縱坐標(biāo)為距離單元，單位為米 (m)〇
【具體實施方式】
[0026] 參照圖1，本發(fā)明的基于信號預(yù)處理的高速目標(biāo)ISAR步進頻信號合成方法，包括 以下步驟：
[0027] 步驟1，接收高速目標(biāo)的ISAR步進頻信號，對高速目標(biāo)的ISAR步進頻信號直接采 樣，得到第m個脈組內(nèi)的第n個子脈沖信號為
[0028]
[0029] 其中，￡為快時間，tn為一個脈組內(nèi)的慢時間，tn=nTR，n= 0, 1,…N-l，N為每個 脈組的子脈沖數(shù)量，1；為兩個相鄰子脈沖的發(fā)射時間間隔，k為脈組間的慢時間，mNTR， m= 0，l，…M-1，M為發(fā)射的脈組總數(shù)，〇p為目標(biāo)散射點的后向散射系數(shù)，Y為發(fā)射信號的 調(diào)頻率，Y=Af/Tp，Af為子脈沖頻率步進值，Tp為脈沖寬度，每個窄帶脈沖的中心 頻率，fn=fAf，f。為子脈沖起始載頻；為距離向矩形窗函數(shù)，其表達式為：
[0030]
[0031] 步驟2,從M個脈組的所有子脈沖信號中選擇出具有相同載頻匕的子脈沖信號， 將具有相同載頻4的子脈沖信號組成第n個子脈沖信號序列n= 0, 1，…N-1 ;將 N個子脈沖信號序列4 …心進行順序組合，得到序列組人；h其中， 第n個子脈沖信號序列 < 仏/," ；)的表達式為：
[0032]
[0033]步驟3,對序列組/)中的第n個子脈沖信號序列< ^人;)進行預(yù)處理，得到第 n個預(yù)處理后的子脈沖信號序列<$^，n= 0, 1，…N-1 ;將N個預(yù)處理后的子脈沖信號 序列4 f g..4丨p人；pg進行順序組合，得到預(yù)處理后的序列組# h所述預(yù) 處理依次包含距離快速傅里葉變換、多普勒模糊抑制、信號相關(guān)性創(chuàng)建和頻譜中心校正。
[0034] 步驟3的具體子步驟為：
[0035] 3. 1距離快速傅里葉變換：
[0036] 運用駐定相位法（P0SP)對第n個子脈沖信號序列< 進行距離快速傅里葉變 換（FFT)，得到第n個距離頻域子脈沖信號序列dn (f；，tj，其中，n= 0, 1，…N-l，f；G[0,B] 為距離頻率，B= N A f，A f為子脈沖頻率步進值；
[0037] 3. 2多普勒模糊抑制：對第n個距離頻域子脈沖信號序列dn (f；，tj建立方位去斜 函數(shù)Hdl(fr,tn)為
[0038]
[0039]其中，c為光速，\為目標(biāo)的平動速度，a力目標(biāo)的平動加速度；
[0040] 將方位去斜函數(shù)Hdl (f；，tj與第n個距離頻域子脈沖信號序列為dn (f；，tj相乘， 得到第n個多普勒模糊抑制后的子脈沖信號序列< U人）；
[0041] 3. 3信號相關(guān)性創(chuàng)建：
[0042] 將第n個多普勒模糊抑制后的子脈沖信號序列< U人）進行方位FFT，得到第n 個二維頻域多普勒模糊抑制后的子脈沖信號序列4 (/?./：)為
[0043]
[0044] 其中，〔是多普勒頻率，dQ(f；，fa)是二維頻域序列組公共因子；
[0045] 構(gòu)造相關(guān)性創(chuàng)建函數(shù)Hn (fr，fa)為
[0046] Hn (fr，fa)=exp(_j2itfatn)，
[0047] 將相關(guān)性創(chuàng)建函數(shù)Hn (f；，fa)與第n個二維頻域多普勒模糊抑制后的子脈沖信號 序列以