专利名称：基于时间——相位导数分布的逆合成孔径雷达成像方法
技术领域：
本发明属于雷达技术领域，尤其涉及一种逆合成孔径雷达成像方法。
背景技术：
在逆合成孔径雷达成像中，迄今为止运算量最小、应用最为普遍的成像方法是 距离——多普勒算法，纵向距离分辨率依靠雷达发射宽频带信号，横向分辨率依靠目标 转动的多普勒频率，首先经运动补偿使目标成为“自聚焦点”位于轴心的转台目标，然 后进行成像处理。整个成像过程可理解为利用目标上各散射点子回波的不同时延，以 及目标转动时子回波的不同多普勒频率，在距离——多普勒平面上呈现出目标散射点的 强度分布图。其中，目标的多普勒信息是通过对雷达回波每个距离单元做傅立叶变换得 到的。这种算法隐含两个假设，即目标尺寸和转角较小，目标散射点对距离单元游动的 影响可不考虑，这一假设一般可以满足；另外假设目标在水平面内均勻转动，在整个成 像处理期间，散射点的多普勒频率是恒定的，这一假设对大型平稳运动的目标也可以满 足。但在实际情况下，目标的运动状态常常是伴随着机动性的，复杂的运动状态会导致 观测期间转速的变化和转轴的变化。这里以舰船目标的ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar—逆合成孔径雷达)成像为例，它的成像条件要比飞机目标复杂得多，除了海杂波 的存在降低了回波信号的信噪比之外，海面的波动起伏，使舰船的姿态变化非常复杂， 同时伴有偏转(yaw)，俯仰(pitch)和侧摆(roll)三维运动，这给舰船的ISAR成像带来了 很大的困难。同时，由于ISAR是对三维物体作二维成像，转轴的改变会导致成像投影 平面也随之变化。此时，由于目标散射点回波的多普勒信号是时变的，传统的距离—— 多普勒成像方法得到的图像非常模糊，无法识别目标，此时需要对回波数据进行时频分 析，得到每一个时刻散射点的高分辨瞬时多普勒谱，此即为ISAR成像的距离——瞬时多 普勒法。对于复杂高机动目标的ISAR成像，现有的方法对散射点回波信号的刻画不够 精确，一般将其近似为多分量的线性调频信号，进而采用各种时频分析的方法对其进行 参数估计，并结合距离——瞬时多普勒法得到目标的瞬态ISAR像。该方法与传统的距 离——多普勒成像方法相比，可在一定程度上提高目标的成像质量。但由于目标的高机 动性，散射点回波信号的时频特性非常复杂，已有的方法都是将其近似为线性调频信号 模型。由于回波信号的多普勒频率随时间呈非线性变化，已有的方法只能通过分段线性 的直线来近似表示各散射点的多普勒频率变化，即把具有高阶多普勒的散射点回波近似 为多个线性调频分量之和，但该方法对信号的逼近程度不高，对于一些散射点在某些时 刻存在幅度和频率估计误差，尤其是在两个分量的接点处误差更大。此时得到的图像会 含有虚假散射点，同时存在散射点定位不准现象，这些因素会极大地影响成像质量。
发明内容
本发明的目的是为了解决已有技术对复杂运动目标(由于其散射点回波信号具有复杂时频特性)所采用的成像方法，不能产生高质量图像，而提出新的基于时间——相 位导数分布的逆合成孔径雷达成像方法，以获得目标清晰的瞬态像。本发明的原理是本发明将复杂运动目标散射点回波信号精确刻画为多分量多项式相位信号模 型，并提出新的基于时间——相位导数分布的多分量多项式相位信号参数估计方法，结 合距离——瞬时多普勒成像技术，获得目标清晰的瞬态ISAR像。实现本发明的技术方案的方法是1.针对目标具有高机动性的特点，可将回波信号描述为多分量多项式相位信号 模型；2.对于单分量多项式相位信号情况，采用四次相位信号模型(对于高机动目标的 ISAR成像，精度已足够高)，构造适合于四次相位信号的时间——相位导数分布，使之 集中在信号的四次相位导数曲线上，通过峰值搜索，获得四次相位系数的估计；3.根据上一步骤中估计出的四次相位系数，将原信号解调为三次相位信号；4.构造适合于三次相位信号的时间——相位导数分布，使之集中在信号的三次 相位导数曲线上，通过峰值搜索，获得三次相位系数的估计；5.根据上一步骤中估计出的三次相位系数，将原信号解调为二次相位信号，即 线性调频信号；6.采用解线性调频并结合傅立叶变换的方法估计出其余参数；7.对于多分量信号的情况，采用乘积型时间——相位导数分布的方法，并结合 洁净技术，依次估计出每个信号分量的参数；8.根据信号的参数估计结果，结合距离——瞬时多普勒成像方法，获得目标的 清晰瞬态像。其中，1)本发明步骤1中的回波信号模型的建立为假定回波已经过运动补偿，此时，由于目标运动的复杂性，散射点回波信号的 时频关系可用多项式相位信号模型来刻画，即
权利要求
1.一种基于时间——相位导数分布的逆合成孔径雷达成像方法，其特征包括下列步骤1)将回波信号描述为多分量多项式相位信号模型；2)对于单分量多项式相位信号情况，采用四次相位信号模型，构造适合于四次相 位信号的时间——相位导数分布，使之集中在信号的四次相位导数曲线上，通过峰值搜 索，获得四次相位系数的估计；3)根据上一步骤中估计出的四次相位系数，将原信号解调为三次相位信号；4)构造适合于三次相位信号的时间——相位导数分布，使之集中在信号的三次相位 导数曲线上，通过峰值搜索，获得三次相位系数的估计；5)根据上一步骤中估计出的三次相位系数，将原信号解调为二次相位信号，即线性 调频信号；6)采用解线性调频并结合傅立叶变换的方法估计出其余参数；7)根据信号的参数估计结果，结合距离——瞬时多普勒成像方法，获得目标的清晰 瞬态像。
2.根据权利要求1所述的逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于步骤1中的回波多项 式相位信号模型的建立为
3.根据权利要求2所述的逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于以四次相位信号模型 为例，回波信号的一般形式可写为
4.根据权利要求1、3所述的逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于所述的单分量四 次相位信号及构造信号的时间——相位导数分布，表现为①单分量四次相位信号
5.根据权利要求4所述的逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于对于(7)式中P= 4 和M = 4的情况，其TPDD具有如下形式
6.根据权利要求1所述的逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于步骤3、4中，通过 构造参考信号sre/( )=e-A"4，将原信号解调为三次相位信号Sd(n) = s (η) Sref (η)；此时有P = 3和M = 3，相应的TPDD具有如下形式
7.根据权利要求1所述的逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于对于回波信号为多分 量信号的情况，采用乘积型时间——相位导数分布PTPDD (product time-phase derivatives distribution)的方法，并依照步骤2-6的方法，并结合洁净技术，依次估计出每个信号分 量的参数；根据信号的参数估计结果，结合距离——瞬时多普勒成像方法，获得目标的 清晰瞬态像。
8.根据权利要求7所述的逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于对多分量进行参数估 计的方法如下
全文摘要
一种基于时间——相位导数分布的逆合成孔径雷达成像方法。在目标运动非常复杂的情况下，散射点回波信号的多普勒频率是时变的，此时传统的距离——多普勒成像方法得到的图像是模糊的，无法识别目标。本发明将散射点回波信号描述为多分量四次相位信号，然后针对单分量信号的情况，提出基于时间——相位导数分布的参数估计方法；而针对多分量信号的情况，提出采用乘积型时间——相位导数分布，并结合洁净技术的参数估计方法。最后，结合距离——瞬时多普勒成像方法，获得目标清晰的瞬态像。
文档编号G01S7/41GK102012510SQ20101028964
公开日2011年4月13日 申请日期2010年9月25日 优先权日2010年9月25日
发明者姜义成, 张云, 王勇 申请人:哈尔滨工业大学