[发明专利]针对快速空天目标的步进ISAR成像方法

摘要

本发明公开了一种针对快速空天目标的步进ISAR成像方法，主要解决在大时宽带宽积信号下快速空天目标的真实回波相位与“一步一停”模型近似回波相位之间存在的差异会导致成像效果的下降的问题。其实现过程是：（1）精确表达快速空天目标的步进回波信息；（2）抑制回波信息中的多普勒模糊；（3）重建不同子带间的相干性；（4）去除子带间的频谱中心偏移；（5）进行步进频带合成及距离匹配滤波；（6）进行楔石变换并完成方位聚焦。本发明显著提升了快速空天目标的步进ISAR成像效果，可用于大时宽带宽积条件下对空天目标的观测及监事成像。

主权项

快速目标步进频率ISAR成像处理方法，其特征在于：包括以下步骤：(1)在精确回波信号模型下表示步进ISAR接收到的快速空天目标的反射回波信号：$s(\hat{t},t_m)={\mathrm{\σ}}_p{w}_r(\hat{t}-\mathrm{\τ})\exp \left(j\mathrm{\π}\mathrm{\γ}{\left(\hat{t}-\mathrm{\τ}\right)}^2\right)\exp (-j2{\mathrm{\πf}}_n\mathrm{\τ}),$其中，为快时间，t_m为慢时间，τ为回波延迟，σ_p为目标散为射点的后向散射系数，γ为发射信号的调频率，f_n为信号载频，为距离向矩形窗函数，exp为以自然对数e为底的指数函数，j为虚数单位；(2)对回波进行数据处理得到无模糊的理想的步进ISAR回波信号，过程如下：2a)抑制目标回波多普勒模糊：在距离频域‑方位时域构建方位去斜函数H_d(f_r,t_m)：$H_d(f_r,t_m)=\exp \left(j\frac{4\mathrm{\π}}{c-v_r}{f}_r\right(v_r{t}_m+\frac{1}{2}{a}_r{t_m}^2\left)\right),$其中，f_r为距离频率，t_m为慢时间，v_r为目标运动速度，a_r为目标加速度，c为光速，j为虚数单位；2b)重建不同步进频率子带之间的相关性：在二维频率域构造方位时移相位的补偿函数H_i(f_r,f_a)：H_i(f_r,f_a)＝exp(‑j2πf_at_i)_，其中，f_r为距离频率，f_a为方位频率，t_i为不同步进频率信号之间的发射时间差；2c)校正不同步进频率子带的频谱中心：在距离频域‑方位时域构建频谱中心校正函数H_g(f_r)：$H_g\left(f_r\right)=\exp (j\mathrm{\π}\frac{{(f_r+{\mathrm{\βf}}_n)}^2}{{\mathrm{\γ\α}}^2}-j\mathrm{\π}\frac{f_r^2}{\mathrm{\γ}}),$其中，f_r为距离频率，f_n为信号载频，j为虚数单位，α＝(c‑v_r)/(c+v_r)是缩放因子，β＝2v_r/(c+v_r)是频率中心移动因子，α和β都与目标的运动速度v_r有关；(3)对完成解模糊处理的回波信号进行带宽合成和距离压缩，得到高分辨率的聚焦结果，过程如下：3a)在距离频域将步进ISAR不同频率的回波信号进行频带拼接，获得一个大的合成带宽的回波信号；若将N个子带进行频带拼接，则合成后的带宽是子带带宽的N倍，距离分辨率也将提高N倍；3b)根据回波信号形式，构建距离压缩匹配滤波函数H_mat(f_r)：$H_{mat}\left(f_r\right)=\exp ({\mathrm{j\πf}}_r^2/\mathrm{\γ}),$其中，f_r为距离频率，γ为发射信号的调频率；3c)、将匹配滤波函数与完成带宽合成后的回波信号相乘，再变换到距离时域即可完成距离向的聚焦；(4)利用楔石变换(f_r+f_c)/f_c消除方位向的频率空变，得到距离时域‑方位频域里二维聚焦的目标图像。