分布式混合SAR/ISAR对复杂运动舰船目标成像关键技术与新方法研究

Radar imaging of ship targets with complex motion is very important and difficult in the radar imaging domain with great military and civilian applications. In this item, the key technique and new method of distributed hybrid synthetic aperture radar (SAR) and inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging of ship targets with complex motion is studied. Compared with the traditional radar imaging algorithms, the distributed hybrid SAR/ISAR technique has unique advantage and wide application foreground. The higher cross range resolution compared with single radar can be obtained by processing the echoes of different radar platforms simultaneously. The rotational parameters are estimated from the wideband echoes at first, and then the preprocessing procedure for the received signals is implemented as the basis for the forthcoming radar imaging procedure. Then, the primary SAR imaging processing for different radar platforms are implemented, and the echo signals for ship target are seperated from the SAR images. Consequently, the ISAR imaging algorithm for different radar platform is studied, where two cases are considered. One is the radar works stably and the parameters estimation technique is used to generate the instantaneous ISAR images, the other is that the radar work condition is changed, and the aperture becomes sparse, the Compressive Sensing algorithm is used to solve the ISAR imaging problem of random missing observations in the imaging data. Finally, the equivalent synthetic image with high cross range resolution can be obtained by integrating the ISAR images for different radar platforms.

复杂运动舰船目标的雷达成像是雷达成像领域的重点和难点，具有很大的军用和民用价值。本项目研究分布式混合SAR/ISAR对复杂运动舰船目标成像中的关键技术和新方法，相对于传统的成像方法而言具有独特的优势和应用前景。通过对不同平台雷达回波进行联合处理，获得具有更高方位分辨率的雷达图像。首先从宽带回波中估计出目标的旋转参数，在此基础上进行回波数据预处理，为后续的雷达成像奠定基础；然后完成不同雷达平台对舰船目标的SAR初步成像过程，并从SAR图像中提取出舰船目标的回波数据。进而采用ISAR技术实现对舰船目标的精确成像，包括雷达系统工作状态稳定情况下采用参数估计的方法获得目标瞬态像，以及雷达工作状态发生改变导致方位孔径稀疏情况下，采用压缩感知算法解决成像数据随机缺失情况下的成像问题；最后将不同雷达平台所获得的ISAR像进行融合，得到等效的具有高方位分辨率的综合图像。

本项目研究分布式混合SAR/ISAR对复杂运动舰船目标成像关键技术与新方法。对于传统的单一模式SAR或ISAR成像，方位向可达到的分辨性能取决于目标固有的运动特征和成像环境。对于舰船目标来说，当海平面状态较平稳时，需要依靠舰船目标相对雷达的偏航运动进行成像。由于舰船目标运动速度较小，导致成像积累时间增加，很难获得高分辨率的舰船目标方位像。上述问题严重影响了实际SAR或ISAR成像系统的实际应用。基于此，本项目开展了如下几个方面问题的研究：(1) 分布式ISAR成像的基本原理，推导了方位向分辨率的提高与雷达平台数目之间的定量关系，即在收发分置的情况下，分布式雷达成像方位向分辨率提高的倍数等于雷达平台的个数；在收发合一的情况下，分布式雷达成像方位向分辨率提高的倍数高于雷达平台的个数。(2) 基于宽带回波数据的舰船目标相对不同雷达平台的旋转速度估计。当舰船目标回波信号用三次相位信号模型来进行精确描述时，该信号的三次相位系数与一次相位系数的比例系数为目标转动角速度的平方；(3) 分布式雷达回波信号预处理，包括补偿回波信号中不同雷达到目标支点的不同斜距所引起的相位、不同雷达观测的中心多普勒频率对齐和时间选择等。经过回波信号的预处理，可为后续的雷达成像奠定基础；(4) 不同雷达平台采用SAR成像方式对舰船目标进行初步成像及舰船目标回波信号分离；(5) 不同雷达平台对舰船目标的ISAR成像方法研究，包括雷达系统工作状态稳定的情况，完成了基于高阶相位匹配变换的回波信号参数估计方法，并结合距离——瞬时多普勒成像方法获得目标的瞬态像；对于雷达系统工作状态不稳定的情况，完成了基于压缩感知技术的成像方法研究；(6) 分布式雷达成像方法，对不同雷达平台的成像结果进行数据融合，获得具有较高方位向分辨率的综合图像。经过该项目的研究，可实现对海面舰船目标的高分辨率雷达成像，进而完成对目标的特征提取与分类识别功能，促进我国的边海防建设。