基于方位定标的ISAR精确成像方法

苏军海

（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西西安710068）

基于方位定标的ISAR精确成像方法

苏军海

（中国电子科技集团公司第二十研究所，陕西西安710068）

提出一种基于方位定标的ISAR精确成像方法。通过将接收回波信号考虑为二次信号项和公式推导，有效转动向量可以利用调频率和距离之间的系数获得。进一步构造二次相位项对每一个距离单元的信号进行补偿得到了经过定标的聚焦图像。最后通过仿真和实测数据的处理验证了所提方法的有效性。

方位向定标；精确成像；逆合成孔径雷达(ISAR)

引言

逆合成孔径雷达能够对非合作运动目标进行成像，进而利用一维距离像或者二维ISAR像对目标进行识别，是目标识别发展的一个方向。ISAR成像一般获取的是目标的距离-多普勒像，与目标的真实尺寸还是有区别的，然而在自动目标识别系统中，获取目标的真实尺寸还是很重要的。这时就必须获取目标成像的转角，归根到底就是要获取目标的有效转动向量(ERV)的估计。

对于有效转动向量模值的估计已经有好多文献提出了多种方法[1-4]，文献[1]由三次相位信号的系数确定转动速度，文献[2]采用一种没有先验知识的技术用于转动速度估计，利用了散射中心调频率中蕴含的信息。文献[3]提出一种基于旋转相关概念的方法用于转动速度估计，文献[4]提出一种基于相关函数的方法，该方法依赖于仔细选择的两个距离单元信号。

本文提出了一种基于方位定标的ISAR精确成像方法。在获取目标的有效转动向量后，对于各距离单元的二次相位项进行补偿，从而可以同时获取目标的精确图像和定标图像。

1　转动向量估计

基于文献[2]中的ISAR模型，平动补偿和距离压缩后，理想散射点的接收信号为

其中：B是发射信号带宽，fc是载频，c是光速，Tobs是观测时间，Ωeff是有效转动向量，tˆ是快时间，tm是慢时间。

观察一个距离单元的信号，其由3项组成，第一项与目标的距离有关，第二项与目标的方位尺寸有关和有效转动向量有关，称之为多普勒频率，第三项与目标的距离和有效转动向量有关，称之为多普勒调频率。要获得Ωeff的估计，只能从第二项或者第三项入手。然而第二项方位尺寸和有效转动向量是耦合在一起的，这给估计带来了不便。但是第三项通过估计调频率和已知的距离信息，可以为我们提供估计有效转动向量的手段。

通过估计调频率，可以获得距离与有效转动向量的耦合量，而距离可以借助于信号带宽确定，因此调频率和距离之间的系数可以写作

进一步可以得到有效转动向量的估计

具体的实现步骤可以参考文献[5]。

2　精确成像

基于估计的有效转动向量，可以构建如下的相位补偿因子

在补偿某一个距离单元Y2k的二次相位项后，这个距离单元的相位将仅仅与方位尺寸相关，经典的FFT算法将被用于形成聚焦的ISAR图像。同时，利用估计的有效转动向量，也可以获取定标图像，如图1。

图1　方位定标与精确成像流程图

3　仿真及实测数据处理结果

仿真一个飞机模型，信号带宽为400 MHz，脉宽为25.6μs，脉冲重复频率为100 Hz，目标的转动角速度为0.023 4 rad/s。总共利用256个脉冲进行成像，其理论的距离分辨和方位分辨率分别为0.375m和0.25m。

图2　仿真结果

目标模型如图2-1所示。飞机由49个散射点组成，其尺寸为40 cm×40 cm。图2-2是有效转动向量随归一化幅度方差的变化曲线，可以看出归一化幅度方差取0.2是合理的。图2-3是RD算法的成像结果，可以看出由于没有进行定标，图像有所变形。利用图2-3获取的有效转动向量，并进行二次相位补偿，定标的精确图像如图2-4所示，可以看出这与目标模型很相似。图2-5是同一个距离单元信号的对比，从中可以看出补偿算法的有效性。

下面是外场实测数据处理的结果。其中图3-1是飞机目标的定标结果，图3-2是舰船目标的定标结果，可以看出利用本文方法获取的ISAR图像聚焦效果良好，能够应用于目标识别。

图3　方位定标和精确成像的试验结果

4　结语

本文提出了一种基于方位定标的ISAR精确成像方法。在获取目标的有效转动向量后，对于各距离单元的二次相位项进行补偿，从而可以同时获取目标的精确图像和定标图像。仿真和试验验证了所提方法的有效性。

[1]Wang Y,Jiang Y.A novel algorithm for estimating the rotation angle in ISAR imaging[J].IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2008,5(4)：608-609.

[2]Martorella M.Novel approach for ISAR image cross-range scaling[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems,2008,44 (1):281-294.

[3]CM Yeh,JXu,Yu Peng,et al.Cross-range scaling for ISAR based on image rotation correlation[J].IEEEGeoscienceand Remote Sensing Letters,2009,6(3):597-601.

[4]Prodi,F.ISAR cross-range scaling using a correlation based functional[G]//IEE Radar Conference,2008：1-6.

[5]苏军海.ISAR成像中有效转动向量的估计方法[J].空军预警学院学报,2013,27(3):203-205+208.

（编辑：王璐）

A M ethod for ISAR Precise Imaging Based on Cross-Range Scaling

Su Junhai
(No.20 Research Institute of China Electronics Technology Group Corporation,Xi’an Shaanxi710068)

A method for ISAR precise imaging based on cross-range scaling is proposed.By generally considering the

signals as quadratic phase signals themodulus of the effective rotation vector is determined through the coefficient between the chirp rate and the range.Following by compensating the quadratic phase signal in each range cell,the precise ISAR image and the scaled image can simultaneously obtained.Finally the numericalexperiments are given and the validity of the proposed algorithm is proven.

cross-range scaling;precise imaging;ISAR

TN951

A

2095-0748(2016)21-0085-02

10.16525/j.cnki.14-1362/n.2016.21.38

2016-10-11

苏军海（1980—），男，甘肃平凉人，博士研究生，现就职于中国电子科技集团公司第二十研究所，研究方向：逆合成孔径雷达成像以及运动目标检测。