多通道ISAR成像技术

为了解决非合作目标尤其是高机动目标的高质量成像问题，并促进雷达对空成像技术的实用化发展，本项目拟研究多通道与ISAR相结合的成像技术，即在多通道ISAR这一新型雷达体制下，充分考虑实用性和适用性，以尽可能少的天线阵元构成MIMO雷达阵列，结合对目标的ISAR回波积累，采取空-时联合处理的方式，对运动目标进行成像，以在极大缩短回波积累时间的情况下得到目标的高清晰雷达图像，使雷达对空成像技术更贴近实战应用。多通道ISAR这一新型雷达体制并不仅仅具有成像能力，它还能实现目标定位、目标测速、三维成像等多种功能，本项目在多通道ISAR成像方面所准备做的研究，也将为多通道ISAR技术的进一步发展奠定基础。

对空成像具有重要的军事价值和民用价值。逆合成孔径雷达（ISAR）是最典型的对空成像技术，但大多数情况下由于空中目标的运动轨迹和运动参数都是未知的，目标运动的非合作性会造成ISAR成像性能的下降。本项目所研究的多通道ISAR成像技术是利用多个雷达通道同时对目标进行观测，成像积累时间很短，目标在积累期间的运动可认为是始终平稳的，符合成像模型。此外，多通道ISAR成像技术还可利用各通道的位置关系将回波进行相参处理来测量目标运动参数，从而提高成像质量。.　　本项目所研究的多通道ISAR成像技术主要工作包括三个部分：多通道ISAR成像基本理论、MIMO-ISAR线性阵列二维成像技术和MIMO-ISAR平面阵列三维成像技术。.　　本项目首先研究了MIMO雷达的基础问题和关键技术，总结和归纳了现有的正交信号形式及设计方法，提出了一种交叉步进频正交信号设计方法，推导了用于MIMO雷达天线阵列设计的空间卷积原理，并提出了一种基于自卷积逆运算的阵列设计方法，研究了另一种MIMO雷达天线阵列设计理论即相位中心近似原理，分析了它与空间卷积原理的相互关系。然后讨论了MIMO雷达天线阵列空间采样与ISAR时间积累的等效关系，阐述了MIMO-ISAR成像的基本原理。.　　第二部分研究了MIMO-ISAR线性阵列二维成像技术，包含了阵列设计、正交信号产生与接收、目标运动参数估计、回波数据融合、运动补偿与成像等多个关键技术。本项目给出了一种MIMO线性阵列设计方案，提出了一种基于最小熵准则的运动速度搜索算法和一种互相关数据重排方法，并根据MIMO-ISAR二维成像中距离像的特点提出了分段相关运动补偿方法，阐述了一种越距离单元走动校正方法，建立了MIMO-ISAR线性阵列二维成像的信号模型并给出了完整的实现方法。.　　第三部分研究了MIMO-ISAR平面阵列三维成像技术。MIMO-ISAR系统从二维成像向三维成像扩展的关键技术是MIMO雷达平面阵列设计技术、三维数据重排与填充技术、三维成像算法。针对这些关键技术，本文提出了垂直交叉式MIMO雷达平面阵列和双矩形MIMO雷达平面阵列这两种设计方案，建立了MIMO-ISAR平面阵列三维成像的信号模型，导出了分步处理成像和整体处理成像两种成像算法，并研究了三维数据重排和填充技术，提出了一种互相关三维数据重排方法和一种基于降维插值的三维数据填充方法。