本發(fā)明涉及逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse Synthetic Aperture Radar,ISAR)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種針對(duì)空間高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的利用地基ISAR進(jìn)行成像時(shí)所必需的精確的成像建模方法。

技術(shù)背景

伴隨著信息技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用需求的提升，為了獲得更高分辨率更大成像場(chǎng)景的圖像，除了對(duì)各種成像算法進(jìn)行研究改進(jìn)，還需要對(duì)信號(hào)補(bǔ)償技術(shù)進(jìn)行研究。在雷達(dá)信號(hào)發(fā)射、傳播、接收、處理的各個(gè)過(guò)程里，存在方方面面的誤差干擾影響最終獲得的雷達(dá)圖像的效果，這些誤差干擾就包括模型誤差。因此，研究ISAR成像建模技術(shù)有重要的理論意義和實(shí)用價(jià)值。

模型誤差是指回波分析及成像算法中建立的回波信號(hào)模型和實(shí)際回波情況之間的差異。在SAR/ISAR成像中，大部分現(xiàn)有回波分析及成像算法均是假設(shè)雷達(dá)信號(hào)傳播過(guò)程中目標(biāo)不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)的模型下開(kāi)展的，此種假設(shè)由于和實(shí)際情況存在差異，因此帶來(lái)成像模型誤差最終將會(huì)導(dǎo)致后續(xù)的成像處理效果大大降低。假設(shè)帶來(lái)的成像模型誤差僅在目標(biāo)速度較低的情況下可以忽略，或者在成像效果要求很低的情況下可以忽略，而在星載SAR成像及對(duì)衛(wèi)星、導(dǎo)彈等高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)ISAR成像中，假設(shè)帶來(lái)的成像模型誤差會(huì)嚴(yán)重影響高分辨率成像效果。

因此，針對(duì)存在目標(biāo)高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況下的雷達(dá)成像模型研究，應(yīng)減小理論假設(shè)與實(shí)際情況之間的差異，努力提高雷達(dá)信號(hào)發(fā)射-接收的總時(shí)延和目標(biāo)-雷達(dá)的瞬時(shí)距離的計(jì)算精度，從而提高成像建模的精度，以提高最終成像效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種高速目標(biāo)ISAR精確成像建模方法，旨在通過(guò)精確計(jì)算得到成像模型中的兩個(gè)最重要的參數(shù)：發(fā)射-接收的總時(shí)延和目標(biāo)-雷達(dá)的瞬時(shí)距離，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題。

為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為：

一種高速目標(biāo)ISAR精確成像建模方法，其特征在于：包括以下步驟：

(1)忽略雷達(dá)信號(hào)發(fā)射、傳播和接收過(guò)程中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，即認(rèn)為在雷達(dá)信號(hào)發(fā)射、傳播和接收過(guò)程中目標(biāo)與ISAR雷達(dá)的距離保持不變，則目標(biāo)與雷達(dá)在慢時(shí)間t_m時(shí)的瞬時(shí)距離表達(dá)式為：

R_p(t_m)＝R_o+v_rt_m+y_pcos(ωt_m)-x_psin(ωt_m)

其中，R_o為目標(biāo)與雷達(dá)的初始距離，v_r為目標(biāo)平動(dòng)速度，t_m為慢時(shí)間，(x_p,y_p)為目標(biāo)第P個(gè)散射點(diǎn)的坐標(biāo)，ω為轉(zhuǎn)動(dòng)速度。

(2)充分考慮到雷達(dá)信號(hào)發(fā)射、傳播和接收過(guò)程中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，建立符合高速目標(biāo)運(yùn)動(dòng)幾何的目標(biāo)與ISAR雷達(dá)距離表達(dá)方程式。

假設(shè)雷達(dá)發(fā)射的電磁波在傳播到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)，立刻被運(yùn)動(dòng)目標(biāo)反射并沿著原路返回。設(shè)雷達(dá)信號(hào)發(fā)射時(shí)刻為(t_s,t_m)，雷達(dá)信號(hào)在(t_s+τ/2,t_m)時(shí)刻到達(dá)目標(biāo)并立刻被目標(biāo)反射，雷達(dá)接收到被目標(biāo)反射的回波信號(hào)時(shí)刻為(t_r,t_m)。那么，根據(jù)收發(fā)時(shí)間關(guān)系可得到如下距離方程組：

其中，c為真空中的光速，τ為信號(hào)從發(fā)射到接收的總時(shí)間延遲，R_p(t_s+τ/2,t_m)為符合實(shí)際情況的目標(biāo)到雷達(dá)的精確的瞬時(shí)距離。

(3)以總時(shí)間延遲τ為未知數(shù)，對(duì)步驟(2)中的距離方程組進(jìn)行求解，可得從，雷達(dá)脈沖發(fā)射到接收的總時(shí)間延遲τ為：

從而可得在雷達(dá)接收到目標(biāo)反射的回波時(shí)刻，目標(biāo)與雷達(dá)之間精確的瞬時(shí)距離R_p(t_r,t_m)為：

(4)利用成像模型中最重要的兩個(gè)參數(shù)：總時(shí)間延遲τ和精確的瞬時(shí)距離R_p(t_r,t_m)，結(jié)合發(fā)射信號(hào)的具體形式，就可以得到針對(duì)高速目標(biāo)的ISAR成像回波信號(hào)的具體表達(dá)，進(jìn)而確定高速目標(biāo)ISAR精確成像模型。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明克服了傳統(tǒng)成像模型中假設(shè)空間目標(biāo)在雷達(dá)信號(hào)發(fā)射、傳播和接收過(guò)程中靜止不動(dòng)帶來(lái)的模型誤差問(wèn)題，充分考慮到雷達(dá)信號(hào)的完整收發(fā)過(guò)程中，空間目標(biāo)與雷達(dá)存在高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)的情況，建立了精確的雷達(dá)回波發(fā)射-接收的總時(shí)延和目標(biāo)-雷達(dá)的瞬時(shí)距離的表達(dá)式，構(gòu)建針對(duì)高速目標(biāo)的ISAR精確成像模型。本發(fā)明提出的成像模型減小了常規(guī)模型中的誤差，得到的雷達(dá)回波發(fā)射-接收的總時(shí)延和目標(biāo)-雷達(dá)的瞬時(shí)距離更為精確，有利于后續(xù)雷達(dá)成像處理，提高最終的成像聚焦效果。

附圖說(shuō)明

圖1是精確回波信號(hào)模型的雷達(dá)信號(hào)傳播示意圖。

圖2是常規(guī)成像模型與精確模型的目標(biāo)-雷達(dá)的瞬時(shí)距離之間的差異。

具體實(shí)施方式：

針對(duì)高速目標(biāo)的ISAR精確成像建模方法，包括以下步驟：

步驟一：基于常規(guī)成像模型，忽略雷達(dá)信號(hào)發(fā)射、傳播和接收過(guò)程中目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)，得到各慢時(shí)間目標(biāo)與雷達(dá)之間的瞬時(shí)距離。

步驟二：考慮雷達(dá)脈沖發(fā)射、傳播和接收過(guò)程中快速運(yùn)動(dòng)的空間目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)實(shí)際的雷達(dá)回波信號(hào)的收發(fā)時(shí)間關(guān)系建立方程組，得到精確的各慢時(shí)間目標(biāo)與雷達(dá)之間的瞬時(shí)距離和雷達(dá)脈沖發(fā)射到接收的總時(shí)間延遲。

步驟三：利用步驟二中得到的成像模型中最重要的兩個(gè)參數(shù)，結(jié)合發(fā)射信號(hào)的具體形式，可以得到針對(duì)高速目標(biāo)的ISAR成像回波信號(hào)的具體表達(dá)，進(jìn)而確定高速目標(biāo)ISAR精確成像模型。

至此，高速目標(biāo)ISAR精確成像建模方法的模型基本構(gòu)建完成。

以下通過(guò)精確成像模型與常規(guī)成像模型(假設(shè)目標(biāo)在雷達(dá)收發(fā)過(guò)程中靜止)在目標(biāo)-雷達(dá)的瞬時(shí)距離數(shù)值計(jì)算的對(duì)比試驗(yàn)進(jìn)一步說(shuō)明本發(fā)明的必要性。對(duì)比試驗(yàn)如下：

1.實(shí)驗(yàn)設(shè)置:

模型誤差對(duì)比仿真實(shí)驗(yàn)中，各參數(shù)如下：

雷達(dá)載頻為10GHz，脈沖寬度為40us，初始斜距為300km，目標(biāo)平動(dòng)速度為2500m/s，平動(dòng)加速度為-200m/s²，旋轉(zhuǎn)角速度為0.05rad/s。

2.結(jié)果分析

從圖二可看出，常規(guī)成像模型與本發(fā)明提出的精確成像模型在目標(biāo)-雷達(dá)的瞬時(shí)距離上存在米級(jí)的誤差量，且誤差量會(huì)隨著合成孔徑時(shí)間(ISAR雷達(dá)有效的成像觀察時(shí)間)的增大而逐漸增大。

目前，高分辨以成為雷達(dá)成像的發(fā)展趨勢(shì)，雷達(dá)分辨率常達(dá)到亞米級(jí)甚至厘米級(jí)，因此由常規(guī)成像模型的目標(biāo)靜止假設(shè)帶來(lái)的米級(jí)誤差在高分辨雷達(dá)成像中將不可容忍，會(huì)對(duì)最終的成像結(jié)果帶來(lái)嚴(yán)重的影響。在高分辨雷達(dá)成像要求下，本發(fā)明提出的高速目標(biāo)ISAR精確成像建模方法將顯著提高成像效果，相對(duì)常規(guī)成像模型具有顯著的優(yōu)勢(shì)。