逆合成孔径雷达成像问题研究
|
摘要
逆合成孔径雷达(ISAR)是指固定雷达对运动目标成像。它能全天时、全天候、远距离地获取目标形状的细节特征，它是现代雷达技术的一项重要突破，在军事和民用上都具有重要意义。
本文结合我国实测ISAR数据，针对非合作运动目标的ISAR成像在运动补偿和大转角谱域成像方面进行了深入的研究。归纳起来，本文的内容主要包括以下几个方面：
1．介绍了成像雷达的发展历史，简要评述了国内外在这方面研究的主要成果。
2．介绍了逆合成孔径雷达运动补偿的概念，重点分析包络对齐和相位补偿。
3．深入研究了逆合成孔径雷达成像的距离—多普勒成像原理和模拟方法。
4．深入分析了逆合成孔径雷达的散射点距离单元走动问题，提出了极坐标插值的方法，对成像结果做出了改进。
5．对全文工作进行总结，指出存在的问题和进一步研究的方向。
Inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging involves stationary radar viewing moving targets. It has the ability to acquire the imaging of the targets over a long distance under all weather conditions. In fact imaging is an important breakthrough in the fields of modern radar technique. It is very important to not only military but also civilian use.
The main work of this dissertation is focused on motion compensation and radar imaging with wide angle based on the experimental data recorded by our country. The content of this dissertation is summarized as following:
1. First gives a brief historical perspective of radar imaging. Then ,review main achievements.
2. Introduce the basic concepts of Motion compensation., then we give a detailed research on the two steps of the Motion compensation-range alignment and phase compensation respectively.
3. studies the principles of range-doppler radar imaging, and give some simulation results.
4. make a detailed research on the phenomena of the scatter migration through range cell ,presents the polar-format interpolation processing to improve the imaging quality of ISAR.
5. summarizes the whole dissertation and points out some important problems remaining to be solved.
本文结合我国实测ISAR数据，针对非合作运动目标的ISAR成像在运动补偿和大转角谱域成像方面进行了深入的研究。归纳起来，本文的内容主要包括以下几个方面：
1．介绍了成像雷达的发展历史，简要评述了国内外在这方面研究的主要成果。
2．介绍了逆合成孔径雷达运动补偿的概念，重点分析包络对齐和相位补偿。
3．深入研究了逆合成孔径雷达成像的距离—多普勒成像原理和模拟方法。
4．深入分析了逆合成孔径雷达的散射点距离单元走动问题，提出了极坐标插值的方法，对成像结果做出了改进。
5．对全文工作进行总结，指出存在的问题和进一步研究的方向。
Inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging involves stationary radar viewing moving targets. It has the ability to acquire the imaging of the targets over a long distance under all weather conditions. In fact imaging is an important breakthrough in the fields of modern radar technique. It is very important to not only military but also civilian use.
The main work of this dissertation is focused on motion compensation and radar imaging with wide angle based on the experimental data recorded by our country. The content of this dissertation is summarized as following:
1. First gives a brief historical perspective of radar imaging. Then ,review main achievements.
2. Introduce the basic concepts of Motion compensation., then we give a detailed research on the two steps of the Motion compensation-range alignment and phase compensation respectively.
3. studies the principles of range-doppler radar imaging, and give some simulation results.
4. make a detailed research on the phenomena of the scatter migration through range cell ,presents the polar-format interpolation processing to improve the imaging quality of ISAR.
5. summarizes the whole dissertation and points out some important problems remaining to be solved.
引文
1 丁鹭飞等编．雷达原理．西安：西安电子科技大学出版社，1995
2 刘永坦等著．雷达成像技术．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999
3 王世一．数字信号处理．北京：北京理工大学出版社，1997
4 孙仲康．雷达数据数字处理．北京：国防工业出版社，1983
5 M．I．斯科尔尼克．雷达手册．北京：国防工业出版社，1978
6 王启才．信号检测与估计．江苏：华东工学院，1988
7 贾鸿志．雷达信号分析．江苏：南京理工大学，1995
8 黄小红，邱兆坤．目标高速运动对宽带一维距离像的影响及补偿方法研究．信号处理．2002，18(6)：487-490
9 王小宁，许家栋．离散调频—傅里叶变换及其在雷达成像中的应用．系统工程与电子技术．2002，24(3)：14-15，51
10 杨柳，徐维朴．一种新型基于运动补偿的自适应去隔行算法．微电子学与计算机．2002，19(9)：4-6，11
11 姜义成，刘永坦．毫米波雷达阶跳频信号分析及运动补偿方法的实现．高技术通讯．2001，11(12)：41-43
12 赵乘骥，朱维乐．在频域内做运动补偿的改进公式及其计算复杂度分析．信号处理．1999，15(4)：352-355，315
13 张群，张涛．基于拉伸信号的ISAR成像运动补偿新方法．西安电子科技大学学报．2001，28(1)：83-87
14 张涛，马长征．基于线性调频步进信号的ISAR成像技术研究．电子与信息学报．2001，23(3)：268-274
15 庞怡杰，王国林．一种改进的ISAR运动补偿方法．系统工程与电子技术．1998，20(6)：39-43
16 王群生，黄义涌．一种基于隔行直接内插的运动补偿内插算法．电子学报．1998，26(1)：6-10，28
17 王琨，罗琳．ISAR成角中包络对齐的幅度相关全局最优法．电子科学学刊．1998，20(3)：369-373
18 孙琥知，许志祥．运动补偿快速算法的探讨．上海大学学报：自科版．1997，3(6)：645-649
19 朱兆达，邱晓晖．用改进的多普勒中心跟踪法进行ISAR运动补偿．电子学报．1997，25(3)：65-69
20 王国林，许荣庆．ISAR运动补偿的快速方法．系统工程与电子技术．1996，18(5)：63-69
21 保铮，叶炜．ISAR运动补偿聚焦方法的改进．电子学报．1996，24(9)：74-79
22 余志舜，朱兆达．同时距离时准和相位补偿．航空学报．1995，16(4)：497-500
23 朱兆达．逆合成孔径雷达信号处理方法研究进展．南京航空航天大学学报．1995，27(1)：59-66
24 钱恭斌，顾铭．逆合成孔径雷达的横向采样率和运动补偿．深圳大学学报：理工版．1995，12(3)：60-67
25 杨军，王民胜．一种ISAR多目标实时成像方法．电子学报．1995，23(4)：1-5
26 张庆文，保铮．采用窄Stretch信号的ISAR成象与运动补偿．西安电子科技大学学报．1992，19(1)：8-16
27 王国林，许荣庆．一种新的ISAR运动补偿方法．现代雷达．1993，15(6)：8-13
28 王根原，保铮．逆合成孔径雷达运动补偿中包络对齐的新方法．电子学报．1998，26(6)：5-8
29 保铮．ISAR成像处理中的一种运动补偿方法．电子学报．1992，20(6)：1-6
30 邢孟道，保铮．ISAR机动目标的平动补偿和瞬时成像研究．电子学报．2001，29(6)：733-737
31 邢孟道，保铮．逆合成孔径雷达成像的机动目标平均补偿．西安电子科技大学学报．2001，28(3)：383-387
32 赵强福，柯有安．逆合成孔径雷达相位补偿及优化成像．北京理工大学学报．1992，12(3)：62-66
33 王琨，罗琳．应用超分辨技术提高逆合成孔径雷达成像包络对齐精度．西安电子科技大学学报．1997，24(A00)：109-115
34 黄波宝，郑义明．基于多特显点综合的SAR／ISAR自聚焦．西安电子科技大学学报．2001，28(1)：105-109
35 姜正林，邢孟道．ISAR成像的越距离单元走动校正．电子与信息学报．2002，24(5)：577-583
36 保铮，张守宏．机动目标逆合成孔径雷达成像．航空学报．2001，22(6)：6-15
37 卢光跃，保铮．逆合成孔径雷达成像中散射点走动的校正．电子科学学刊．1999，21(4)：488-493_
38 卢光跃，保铮．ISAR成像中具有游动部件目标的包络对齐．系统工程与电子技术．2000，22(6)：12-14，86
39 单秋山，宗成阁．ISAR信号模拟源．系统工程与电子技术．1997，19(3)：1-3，19
40 李玺，顾红．ISAR成像中转角估计的新方法．电子学报．2000，28(6)：44-47
41 戴博伟，杜向峰．扬汝良．基于模糊函数—雷顿变换的SAR运动目标成像．电子科学学刊．2000，22(4)：608-611
42 刘永坦，国外逆合成孔径雷达技术．出国考察技术报告．1991，(1)：291-293
43 邱晓晖，朱兆达．一种用于ISAR成像的转角采样不均匀补偿方法．现代雷达．1996，18(3)：1-6
44 佘志舜，朱兆达．一种改进的逆合成孔径雷达运动补偿法．南京航空航天大学学报．1994，26(6)：768-772
45 B.D. Steinberg. "Radar imaging from a distorted array: the radio camera algorithm and experiment". IEEE Trans on.AP. Vol. AP-29, No. 5,1981:740-748
46 C.C. Chen, H.C. Andrews. "Target-motion-induced Radar imaging". IEEE Trans on Aerospace Electrobic System. Vol. AES-16, No.1, Jan. 1980:2-14
47 C.Y. Deilsle, HaiQing Wa. "Moving Target Imaging and Trajetory Computation Using ISAR". IEEE Trans on Aerospace Electronic System. Vol. AES-30, No. 3, July. 1994:887-899
48 Bao Zheng, Ye Wei. "Improvements of autofocus techniques for ISAR motion compensation". Chinese Journal of Electronics. Vol. 4, No. 4, 1995:14-20
49 Prikett M J, Chen. "C.C, Principles of inverse synthetic aperture
radar (ISAR) imaging".In: EASCON Record. 1980:340-345
50 Ronfqing Xu, Zhidao Cao, Yongtan Liu. "Accurary requirement of Motion Compensation and Results of some Shemes of Compensation for ISAR". International Conference of Signal Processings, Beijing, China, Oct. 1990
51 Ronfqing Xu, Zhidao Cao, Yongtan Liu. "Motion Compensation for ISAR and Noise Effect ". IEEE AES Magazine, Jun. 1990
52 Ronfqing Xu, Zhidao Cao, Yongtan Liu. "A New Method of Moyion Compensation of ISAR". IEEE International Radar Conference, Arliton, Virginia, USA, May. 1990
53 Stephen Simmons, Robin Evans. " Maximum Likelihood Autofocusing of Radar Images ". Radar' 95, USA:410-415
54 F. Berizzi, G. cosini. "Autofocing of Inverse Synthetic Aperture Radar Images using Contrast Optimisation" . IEEE Trans on Aerospace Electronic System. Vol. AES-32, No. 3. July, 1996:1185 -1191
55 Stephen Simmons, Robin Evans. "A New Approach to Motion Compensation for ISAR Imaging". ICASSP'94, V-201-V-204
56 C.V. Jakowatz, Daniel E. Wahl. "Eigenvector Method for Maximum-Likelihood foe Phase Errors in Synthetic-Aperture-Radar Imagery". Journal of the Optical Society of America. Vol. 10, Dec. 1993:2539-2546
57 Benjamin C.F, Alberto Ugarte. "Refinement of Range-Doppler imagery by feedback control". SPIE, Automatic object Recogniton Ⅲ. Vol.1960,1993:36-46
58 Richard P. Bocker et. al. "A new inverse synthetic aperture radar algorithm for translational motion compensation". SPIE. Vol.1569, 1991:298-310
59 Benjamin C.F et al. "Image focus quality indicators for efficient inverse synthetic aperture radar phase correstion". SPIE. Vol. 2757:2-13
60 Benjamin C.F. "Choise of an entropy-like function for Range-Doppler processing" .SPIE, Automatic object Recogniton Ⅲ.
61 Benjamin C.F. "A Robust Method for Motion Compensation of ISAR Imagery" .SPIE. Vol.1607:2-13
62 R. P. Perry, R. C. Dipietro, R.L. Fante. "SAR Imaging of Moving Targets". IEEE Trans Aerospace Electronic System. Vol. AES-35, No. 1, Jan 1999:188-199
63 Genyuan. Wang, Zheng. Bao. "Compensation of Scattener Migration Through Resolution Cell in Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging". IEEE Proceeding-Radar, Sonar and Navigation. Vol.142, No. 2, Apr. 2000:80-85
64 Kong. K.K, Edwards. J.A. "Polar Format Blurring in ISAR Imaging". Electronic Letter. Vol. 31, No. 17, Aug. 1995:1502-1503Vol. 1960, 1993:47-56
2 刘永坦等著．雷达成像技术．哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1999
3 王世一．数字信号处理．北京：北京理工大学出版社，1997
4 孙仲康．雷达数据数字处理．北京：国防工业出版社，1983
5 M．I．斯科尔尼克．雷达手册．北京：国防工业出版社，1978
6 王启才．信号检测与估计．江苏：华东工学院，1988
7 贾鸿志．雷达信号分析．江苏：南京理工大学，1995
8 黄小红，邱兆坤．目标高速运动对宽带一维距离像的影响及补偿方法研究．信号处理．2002，18(6)：487-490
9 王小宁，许家栋．离散调频—傅里叶变换及其在雷达成像中的应用．系统工程与电子技术．2002，24(3)：14-15，51
10 杨柳，徐维朴．一种新型基于运动补偿的自适应去隔行算法．微电子学与计算机．2002，19(9)：4-6，11
11 姜义成，刘永坦．毫米波雷达阶跳频信号分析及运动补偿方法的实现．高技术通讯．2001，11(12)：41-43
12 赵乘骥，朱维乐．在频域内做运动补偿的改进公式及其计算复杂度分析．信号处理．1999，15(4)：352-355，315
13 张群，张涛．基于拉伸信号的ISAR成像运动补偿新方法．西安电子科技大学学报．2001，28(1)：83-87
14 张涛，马长征．基于线性调频步进信号的ISAR成像技术研究．电子与信息学报．2001，23(3)：268-274
15 庞怡杰，王国林．一种改进的ISAR运动补偿方法．系统工程与电子技术．1998，20(6)：39-43
16 王群生，黄义涌．一种基于隔行直接内插的运动补偿内插算法．电子学报．1998，26(1)：6-10，28
17 王琨，罗琳．ISAR成角中包络对齐的幅度相关全局最优法．电子科学学刊．1998，20(3)：369-373
18 孙琥知，许志祥．运动补偿快速算法的探讨．上海大学学报：自科版．1997，3(6)：645-649
19 朱兆达，邱晓晖．用改进的多普勒中心跟踪法进行ISAR运动补偿．电子学报．1997，25(3)：65-69
20 王国林，许荣庆．ISAR运动补偿的快速方法．系统工程与电子技术．1996，18(5)：63-69
21 保铮，叶炜．ISAR运动补偿聚焦方法的改进．电子学报．1996，24(9)：74-79
22 余志舜，朱兆达．同时距离时准和相位补偿．航空学报．1995，16(4)：497-500
23 朱兆达．逆合成孔径雷达信号处理方法研究进展．南京航空航天大学学报．1995，27(1)：59-66
24 钱恭斌，顾铭．逆合成孔径雷达的横向采样率和运动补偿．深圳大学学报：理工版．1995，12(3)：60-67
25 杨军，王民胜．一种ISAR多目标实时成像方法．电子学报．1995，23(4)：1-5
26 张庆文，保铮．采用窄Stretch信号的ISAR成象与运动补偿．西安电子科技大学学报．1992，19(1)：8-16
27 王国林，许荣庆．一种新的ISAR运动补偿方法．现代雷达．1993，15(6)：8-13
28 王根原，保铮．逆合成孔径雷达运动补偿中包络对齐的新方法．电子学报．1998，26(6)：5-8
29 保铮．ISAR成像处理中的一种运动补偿方法．电子学报．1992，20(6)：1-6
30 邢孟道，保铮．ISAR机动目标的平动补偿和瞬时成像研究．电子学报．2001，29(6)：733-737
31 邢孟道，保铮．逆合成孔径雷达成像的机动目标平均补偿．西安电子科技大学学报．2001，28(3)：383-387
32 赵强福，柯有安．逆合成孔径雷达相位补偿及优化成像．北京理工大学学报．1992，12(3)：62-66
33 王琨，罗琳．应用超分辨技术提高逆合成孔径雷达成像包络对齐精度．西安电子科技大学学报．1997，24(A00)：109-115
34 黄波宝，郑义明．基于多特显点综合的SAR／ISAR自聚焦．西安电子科技大学学报．2001，28(1)：105-109
35 姜正林，邢孟道．ISAR成像的越距离单元走动校正．电子与信息学报．2002，24(5)：577-583
36 保铮，张守宏．机动目标逆合成孔径雷达成像．航空学报．2001，22(6)：6-15
37 卢光跃，保铮．逆合成孔径雷达成像中散射点走动的校正．电子科学学刊．1999，21(4)：488-493_
38 卢光跃，保铮．ISAR成像中具有游动部件目标的包络对齐．系统工程与电子技术．2000，22(6)：12-14，86
39 单秋山，宗成阁．ISAR信号模拟源．系统工程与电子技术．1997，19(3)：1-3，19
40 李玺，顾红．ISAR成像中转角估计的新方法．电子学报．2000，28(6)：44-47
41 戴博伟，杜向峰．扬汝良．基于模糊函数—雷顿变换的SAR运动目标成像．电子科学学刊．2000，22(4)：608-611
42 刘永坦，国外逆合成孔径雷达技术．出国考察技术报告．1991，(1)：291-293
43 邱晓晖，朱兆达．一种用于ISAR成像的转角采样不均匀补偿方法．现代雷达．1996，18(3)：1-6
44 佘志舜，朱兆达．一种改进的逆合成孔径雷达运动补偿法．南京航空航天大学学报．1994，26(6)：768-772
45 B.D. Steinberg. "Radar imaging from a distorted array: the radio camera algorithm and experiment". IEEE Trans on.AP. Vol. AP-29, No. 5,1981:740-748
46 C.C. Chen, H.C. Andrews. "Target-motion-induced Radar imaging". IEEE Trans on Aerospace Electrobic System. Vol. AES-16, No.1, Jan. 1980:2-14
47 C.Y. Deilsle, HaiQing Wa. "Moving Target Imaging and Trajetory Computation Using ISAR". IEEE Trans on Aerospace Electronic System. Vol. AES-30, No. 3, July. 1994:887-899
48 Bao Zheng, Ye Wei. "Improvements of autofocus techniques for ISAR motion compensation". Chinese Journal of Electronics. Vol. 4, No. 4, 1995:14-20
49 Prikett M J, Chen. "C.C, Principles of inverse synthetic aperture
radar (ISAR) imaging".In: EASCON Record. 1980:340-345
50 Ronfqing Xu, Zhidao Cao, Yongtan Liu. "Accurary requirement of Motion Compensation and Results of some Shemes of Compensation for ISAR". International Conference of Signal Processings, Beijing, China, Oct. 1990
51 Ronfqing Xu, Zhidao Cao, Yongtan Liu. "Motion Compensation for ISAR and Noise Effect ". IEEE AES Magazine, Jun. 1990
52 Ronfqing Xu, Zhidao Cao, Yongtan Liu. "A New Method of Moyion Compensation of ISAR". IEEE International Radar Conference, Arliton, Virginia, USA, May. 1990
53 Stephen Simmons, Robin Evans. " Maximum Likelihood Autofocusing of Radar Images ". Radar' 95, USA:410-415
54 F. Berizzi, G. cosini. "Autofocing of Inverse Synthetic Aperture Radar Images using Contrast Optimisation" . IEEE Trans on Aerospace Electronic System. Vol. AES-32, No. 3. July, 1996:1185 -1191
55 Stephen Simmons, Robin Evans. "A New Approach to Motion Compensation for ISAR Imaging". ICASSP'94, V-201-V-204
56 C.V. Jakowatz, Daniel E. Wahl. "Eigenvector Method for Maximum-Likelihood foe Phase Errors in Synthetic-Aperture-Radar Imagery". Journal of the Optical Society of America. Vol. 10, Dec. 1993:2539-2546
57 Benjamin C.F, Alberto Ugarte. "Refinement of Range-Doppler imagery by feedback control". SPIE, Automatic object Recogniton Ⅲ. Vol.1960,1993:36-46
58 Richard P. Bocker et. al. "A new inverse synthetic aperture radar algorithm for translational motion compensation". SPIE. Vol.1569, 1991:298-310
59 Benjamin C.F et al. "Image focus quality indicators for efficient inverse synthetic aperture radar phase correstion". SPIE. Vol. 2757:2-13
60 Benjamin C.F. "Choise of an entropy-like function for Range-Doppler processing" .SPIE, Automatic object Recogniton Ⅲ.
61 Benjamin C.F. "A Robust Method for Motion Compensation of ISAR Imagery" .SPIE. Vol.1607:2-13
62 R. P. Perry, R. C. Dipietro, R.L. Fante. "SAR Imaging of Moving Targets". IEEE Trans Aerospace Electronic System. Vol. AES-35, No. 1, Jan 1999:188-199
63 Genyuan. Wang, Zheng. Bao. "Compensation of Scattener Migration Through Resolution Cell in Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging". IEEE Proceeding-Radar, Sonar and Navigation. Vol.142, No. 2, Apr. 2000:80-85
64 Kong. K.K, Edwards. J.A. "Polar Format Blurring in ISAR Imaging". Electronic Letter. Vol. 31, No. 17, Aug. 1995:1502-1503Vol. 1960, 1993:47-56