高分辨率ISAR成像转动补偿问题研究

雷达成像的运动补偿分为平动补偿和转动补偿，以往对平动补偿的研究较多，而对转动补偿的研究较少，或者不予考虑直接忽略，但当分辨率较高时，将产生较大的误差，使雷达成像出现中间清晰四周模糊的情况，导致整幅图像不同区域的实际分辨率出现偏差，极大的影响了成像质量。.针对这个问题，本项目根据运动补偿的一般原理，充分考虑平动补偿和转动补偿的不同点，利用本单位具有微波暗室和高精度微波测量系统的优势条件，拟采用理论分析和内场半实物仿真相结合的原则，对转动补偿中涉及的一些关键技术，如越分辨单元走动模型的构建、回波数字模型建立及其和传统成像算法的融合等问题进行研究。提出一种新的转动补偿成像算法，使雷达成像不同区域之间的分辨率偏差小于20％（目前现有算法还无法达到此技术指标），有效的提高ISAR成像质量。

为了提高成像分辨率以满足日益增长的应用需求，超带宽高分辨ISAR技术得到发展，同时也使得方位观测角度增大。在大带宽、大视角观测条件下，成像分辨率虽然得到大幅度的提高，但转动补偿的高次项影响不能忽略，如果不进行补偿将会产生较大的误差，使雷达成像出现中间清晰四周模糊的情况，极大的影响了成像质量。本项目利用本单位具有微波暗室和高精度微波测量系统的优势条件，采用理论分析和内场半实物仿真相结合的原则，利用谱估计、时频分析、等信号处理技术对转动补偿中涉及的一些关键技术进行研究。. 在现有技术和仪器储备的基础上，建立良好的微波暗室测试环境，获取大量的有代表性的转台目标成像数据；改进现有的转动补偿方法及滤波逆投影算法，大大提高了成像的精度，并利用获取的半物理仿真数据进行了验证；解决了二次弯曲转动补偿问题，提出了基于距离陡动校正的大带宽成像方法，在校正一次项相位同时进行距离空变的二次相位补偿，在旋转角速度未知时仍可以较好的聚焦；充分利用雷达目标运动特性，将转动补偿与雷达成像结合起来，提出一系列联合转动补偿的高分辨ISAR成像方法，特别是针对高速自旋目标提出的新的成像算法，在目标识别、弹道导弹防御系统、航天器安全等领域都有重要的应用价值；二维联合成像处理将大大降低了成像方法的复杂度，结合稀疏信号处理理论，开展了联合成像与转动补偿的稀疏重建方法研究，解决了特征增强及误差估计与补偿等关键技术；将时频分析技术应用到雷达成像中，免去了复杂的转动补偿过程，提出了基于时频变换和稀疏重建的ISAR成像方法以提高成像分辨率和抗噪性能；开发了高分辨率ISAR成像转动补偿算法验证与演示系统，并将建立的标准仿真数据库和典型目标的实测成像数据库进行结合，便于数据的管理和相关算法的验证和演示。. 本项目紧紧围绕着高分辨率ISAR成像转动补偿问题，按计划完成了研究内容，达到了预期研究目标，解决了越分辨单元校正模型构建、复杂目标转动补偿、联合转动补偿的高分辨雷达成像等关键技术，搭建了创新性软硬件实验平台，验证高分辨率ISAR成像转动补偿相关理论模型及方法。本项目的研究成果大大改善了雷达成像的质量，提高了雷达目标的识别率，为雷达图像后续处理奠定了良好的基础；提高了散射点相对幅度大小和空间位置关系的提取精度，有助于进行雷达散射截面积的诊断和评估，便于进行隐身和反隐身方面的研究工作。