微波光子ISAR成像和基于电磁特性的目标成像结果结构特征增强方法研究

Microwave photonic radar is able to generate ultra wide band signals whose carrier frequency can be on Ka band. With these attributes, the resolution of microwave photonic ISAR can be enhanced to 1.5 cm. However, the traditional motion compensation algorithms and imaging algorithm cannot be directly applied to microwave photonic ISAR processing because of their lower accuracy. Besides, wideband signal and high carrier frequency may benefit the extraction of scattering behaviors of scatterers. In this project, the compensation method for space-variant envelope errors and phase error and imaging algorithm under the condition of strong coupling of the range and azimuth will be studied. Further, the extraction of scattering attributes under wideband signal and high carrier frequency will also be studied. Finally these scattering attributes are used for structure feature enhancement of the imaging result.

微波光子雷达能够发射带宽达到10Ghz的宽带信号，结合位于Ka波段的载频，使基于微波光子雷达的ISAR成像的理论分辨率能提高到1.5厘米。但是目前已有的运动补偿和成像方法受限于理论模型的精度，无法在软件上实现超高分辨率成像。另外超大带宽和高载频也使得散射点幅度的频率、角度依赖性更加明显，利于从散射点电磁特性对回波的调制更深入地理解目标。本项目从传统的ISAR运动补偿、成像方法出发，结合微波光子雷达的大带宽高载频的信号特性，开展空变包络误差和相位误差校正方法及距离-方位强耦合条件下的成像方法，并在高分辨成像的基础上实现利用微波光子雷达频带宽载频高的特点，提取目标散射点的电磁特性，再根据提取的电磁特性实现成像结果的结构特征增强。

本项目主要针对基于微波光子雷达的超高分辨ISAR成像方法以及基于超高分辨ISAR图像的目标特征增强方法进行研究。由于微波光子雷达具备发射超大带宽和高载频信号的能力，所以其能够形成分辨率更高的ISAR图像。但分辨率相比传统雷达系统有明显的提高，所以已有处理方法无法应用。更进一步，由于带宽的增大，也提升了雷达系统对目标的感知能力，如何利用大带宽、高载频的信号优势实现目标信息的提取是本项目另一个研究重点。.经过本项目的研究，首先我们构建了新的成像方法框架。这一框架解决了已有成像处理方法中平动补偿与转动补偿的精度较低的问题。针对平动补偿，我们提出了基于DISMO的平动参数估计算法，它能够在较低信噪比的情况下对目标的平动参数进行精确估计。其次，针对目标的转动补偿，我们提出利用Keystone变换校正线性走动，这一操作无需对目标进行转动参数估计；再利用变标的思想对转动形成的距离空变包络弯曲进行校正，根据校正的结果效果对转动参数进行估计。因为引入了变标和最优化的思想，转动参数的估计具有良好的准确性和高效性。最后对于成像结果，我们对成像后目标的各个散射点的电磁特性进行了提取，一方面对图中抽象的点目标能够获取更深的认识，其次还能根据电磁特性对目标的结构有一定了解。.总的来说，通过本项目的研究，对基于微波光子雷达的超高分辨ISAR成像问题进行了初步的研究，也对基于超高分辨ISAR图像的应用和信息挖掘进行了初步研究，这为后续更深层次的超高分辨ISAR成像与目标特性获取奠定一定基础。