稀疏孔径ISAR机动目标成像与相位补偿方法.pdf

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJul252014Vol35No72019—2030lSSN1000—6893ON11—1929／Vhttp：／／hkxbbuaaeducnhkxb@buaaeducn稀疏孔径ISAR机动目标成像与相位补偿方法黄大荣，郭新荣，张磊+，邢孟道，保铮西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，陕西西安710071摘要：现代逆合成孔径雷达(ISAR)可实现多模式下对多目标的交替测量工作，但波束切换使得任一目标的方位孔径具有稀疏性，

2、同时目标的机动性也使得目标的方位维信号具有高次调制特性，这均导致以连续采样信号模型为基础的传统ISAR运动补偿和成像方法难以直接应用。本文提出一种新的稀疏孔径(SA)ISAR机动目标相位补偿和成像方法。该方法首先建立了稀疏孔径ISAR机动目标的信号模型，然后通过求解2范数最大化的优化函数，实现对相位误差的精确估计，并且通过迭代处理提高了相位误差的估计精度。相位误差补偿后，根据压缩感知理论，构造了机动目标情况下的ChirpFourier字典，通过对稀疏优化问题的求解，能够较精确地从稀疏孔径信号中重构出机

3、动目标的全孔径(FA)信号。仿真和实测数据处理结果证明了本文方法的有效性。关键词：现代逆合成孔径雷达；稀疏孔径；机动目标；相位补偿；稀疏重构中图分类号：V243．2；TN957．52文献标识码：A文章编号：10006893(2014)07201912现代逆合成孔径雷达(InverseSyntheticApertureRadar，ISAR)不仅要求对目标进行高分辨成像，还要兼具搜索、多目标实时跟踪等能力。通常通过发射窄带信号对目标进行搜索和跟踪，通过发射宽带信号和对目标连续长时问地观测来获得距离方位二维

4、高分辨口]。多种工作模式是分时进行的：在利用窄带信号进行搜索和跟踪时，宽带成像模式停止；利用宽带信号进行成像时，搜索和跟踪模式停止。窄带信号和宽带信号的交替发射，使得雷达很难对目标进行连续长时问的宽带观测，特别当雷达同时跟踪多个目标时，若目标问距超过一个波束宽度，为了避免跟丢目标，窄带信号还需要在多个波束指向上进行快速切换，这使得单个目标的宽带观测时问更加有限，方位维的合成孔径采样将变得不连续和稀疏。不仅如此，目标多数情况下是非合作的，它常常做机动飞行[2]，姿态相对于雷达射线方向做三维转动，即同时存

5、在偏航、俯仰和滚转。机动目标运动轨迹和姿态的不确定性，特别是垂直于雷达视线方向上的有效转动分量更加难以精确测量。方位孔径的稀疏采样和目标的机动性给获得高质量ISAR图像带来很大困难。稀疏孔径(SA)的机动目标成像是ISAR需要解决的实际问题。在ISAR成像之前，一般需要对数据进行运动补偿，ISAR的运动补偿包括包络对齐和自聚焦两部分。包络对齐校正目标散射点的距离走动，通常目标的尺寸一般远小于雷达观测场景，由目标转动导致的散射点的径向距离变化量一般不超过一个距离单元，因此传统的包络对齐方法对于稀疏孔径的

6、机动目标仍然适用。已有的计算自聚焦校正目标由于机动引入的相位误差的经典算法有：具有很强的鲁棒性的特收稿日期：2013—10—12；退修日期：2014—02—11；录用日期：2014—04—08；网络出版时间：2014—04—1617：17网络出版地址：WWWcnkinet／kcms／detail／107527／S1000—689320140043html基金项目：国家自然科学基金(61301280)；中央高校基本科研业务费专项资金(K5051302001，K5051302038)*通讯作者Tel：02

7、9—88201032E-mail：zhanglei0330@126com黾属格式HuangDR，GuoXR，ZhangL，etalISARphasecompensationand阳agmgofmaneuveringtargetwithspa，Seapertures!正ActaAeronaut，caetAstronaut／；caS／nica，2014，35(7)：2019-2030黄大荣，郭新荣，张磊，等稀疏孔径ISAR机动自标成像与相位於偿方法i如航空学报，2014，35(77：2019-2030航空

8、学报显点(ProminentPointProcessing，PPP)法。。J、相位梯度自聚焦(PhaseGradientAutofocus，PGA)方法‘41和对相位误差阶数无要求的加权相位估计(WeightedPhaseEstimation，WPE)自聚焦方法口1等，这些方法将目标的回波信号看做一系列正弦信号的线性和，每个正弦信号代表目标上不同散射点的子回波。这一假设条件使得传统的自聚焦方法不能直接应用到机动目标，因为目标的强机动性会使得回波信号不再是