舰载雷达对运动目标三维ISAR成像算法研究

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舰载雷达是一种可以远距离获取非合作运动目标高分辨率图像的雷达。距离向分辨率来源于雷达发射的宽带信号,方位向分辨率来源于雷达与目标间相对运动产生的多普勒带宽。随着雷达成像技术的发展,雷达二维图像已经无法满足某些特定应用的需求,对雷达三维图像的需求不断增加。舰载雷达随海浪进行三维的摆动,对运动目标进行成像时,其回波信号存在着高阶相位项,这些高阶相位项存在着目标高度向的信息。若采用传统的ISAR成像算法,不仅会出现图像散焦问题,而且无法提取回波信号高阶相位项的信息。本文围绕着如何对舰载雷达回波信号的高阶相位信号进行处理以提高其成像分辨率进行了研究,主要内容如下:1.ISAR成像大多采用时频分析算法,常规的时频分析算法无法兼顾计算效率、参数估计分辨率,以及多分量线性调频信号解耦合的问题。本文提出了一种改进的分数阶傅里叶变换时频分析算法。先利用短时傅里叶变换进行粗估计,短时傅里叶变换虽然分辨率较低,但是计算速度快,可以快速划定精估计的估计范围。再利用分数阶傅里叶变换进行精估计,分数阶傅里叶变换解决了多分量线性调频信号在时频平面存在耦合项的问题,但是在寻找最优变换阶次时所采用的二维搜索算法计算量巨大,通过粗估计,可以有效缩小二维搜索范围。通过模拟实验说明此算法有效提高了计算效率和估计精度。2.传统舰载雷达三维ISAR成像采用干涉技术,干涉技术不仅无法消除舰载雷达回波信号的高阶相位项,而且需要两个雷达同时对目标进行成像。本文采用了一种基于单发射和单接收舰载雷达对运动目标进行三维ISAR成像算法。通过三维摆动模型,模拟舰载雷达随海浪进行的复杂运动,根据雷达坐标与目标坐标矢量关系推导,得到回波信号高阶相位项参数与目标散射点三维坐标之间的函数关系,结合时频分析算法和窄带雷达测量数据,可以实现目标散射点的三维重构。通过仿真实验说明了此算法的有效性和实用性。3.舰载雷达随海浪进行复杂摆动,不同成像时间段其图像分辨率不同,需要根据实际成像需求来选择最优成像时间段进行成像。本文采用了基于图像质量函数的最优成像时间段选取算法,兼顾方位向分辨率、高度向分辨率和重构精度来选择最优成像时间段,通过调整加权系数的大小,来满足不同场景需要。
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