空间目标双基地ISAR成像自聚焦方法研究

Space target bistatic inverse synthetic aperture radar (bistatic ISAR) is set as the research object in this project. It’s a difficult problem to make the ISAR image focus when the time, space, frequency synchronization errors exist and the bistatic angle varies with time. To absolve this problem, theory analysis combined with simulation data and field measured data verification is chosen as the research method. Echo modeling in three-dimensional space model hypothesis, higher-order rotational phase item compensation and high precision initial phase error sequence estimation algorithm are researched. Impact mechanism of time-varying bistatic angle and synchronization errors for target echo is analyzed. Then echo model of bistatic ISAR imaging for space target is set up. With the above research, impact law of time-varying bistatic angle and synchronization errors for target echo is revealed. So, high precision autofocusing algorithm based on sparse decomposition, discrete polynomial phase transform and virtual slow time self-decoupling is put forward. The research achievement of this project will enrich the theory and method system of autofocusing for bistatic ISAR imaging of space target. And the theory research depth of bistatic ISAR is advanced, which makes the research of autofocusing method approach the real target observation conditions much closer. And the theory basis of high precision autofocusing in practice is established.

本项目以空间目标双基地逆合成孔径雷达（双基地ISAR）为研究对象，针对时间、空间、频率存在同步误差及双基地角时变条件下的自聚焦难题，采用理论分析和仿真数据验证与外场实测数据验证相结合的方法，进行三维空间模型架构下的目标回波建模、高阶转动相位项补偿及高精度初始误差序列估计算法的研究；研究时变双基地角及同步误差对目标回波的影响机理，建立空间目标双基地ISAR回波模型，揭示双基地角时变及同步误差对目标回波的影响规律，提出利用稀疏分解、离散多项式相位变换以及基于虚拟慢时间自解耦的高精度自聚焦方法。本项目的研究成果将完善空间目标双基地ISAR自聚焦的理论方法体系，进一步推进双基地ISAR的理论研究深度，使自聚焦方法的研究更接近真实的目标观测环境，为在工程实践中实现高精度的图像聚焦奠定理论基础。

项目以空间目标双基地逆合成孔径雷达（双基地ISAR）为研究对象，针对时间、空间、频率存在同步误差及双基地角时变条件下的自聚焦难题，采用理论分析和仿真数据验证与外场实测数据验证相结合的方法，研究了三维空间模型架构下的目标回波建模、高阶转动相位项补偿及高精度初始误差序列估计算法；研究了时变双基地角及同步误差对目标回波的影响机理，建立了空间目标双基地ISAR回波模型，揭示了双基地角时变及同步误差对目标回波的影响规律，提出利用稀疏分解、离散多项式相位变换以及基于虚拟慢时间自解耦的高精度自聚焦方法。.基于稀疏分解的空间目标双基地ISAR自聚焦算法利用L-曲线准则选取正则参数，基于目标尺寸的先验信息构建冗余基的高分辨因子，利用推广的正则化FOCUSS算法实现稀疏表示系数的估计，在恰当选取词典分辨率的条件下，算法可实现二次相位项的精确补偿，仿真实验验证了算法性能优于常用的非参数化自聚焦算法；同步误差条件下的空间目标双基地ISAR自聚焦算法通过选取合适的延时参数及成像积累时间可得到高精度的参数估计及相位补偿，理论分析和仿真实验验证了算法性能优于常用的非参数化自聚焦算法；基于虚拟自解耦的成像算法利用等效稀疏变换，将缺失数据的回波变成稀疏孔径成像的问题，利用压缩感知、稀疏分解的方法恢复原始数据，最终得到高聚焦度的二维ISAR像。理论分析和仿真实验验证了算法的优越性。对部分算法也利用实测数据进行了验证与分析。.项目的研究可作为国防预警探测的理论技术支撑，为在轨航天器的属性识别、姿态控制、故障诊断提供一种基础数据支持。项目研究的一些算法较为通用，可用于战场装备的安全防护，战场装备的战损战前预测与评估，可提升战场装备战前管理与战损预测的精确度和准确度。