CN106154265A - 一种基于频域移位的去斜体制雷达isar包络对齐方法 - Google Patents

Abstract

一种基于频域移位的去斜体制雷达ISAR包络对齐方法，在常规包络相关法对齐的基础上，利用傅里叶(Fourier)变换的频域移位性质提升包络对齐的准确度。传统包络对齐方精度的最大制约条件是时域信号采样完成，距离单元固化随即完成(即一个距离单元即一个复数数据表示)，此时再进行移位对齐其误差无法突破0.5个距离分辨单元的限制。本发明利用去斜体制信号处理中形成距离单元前需经过FFT操作这一特点，在进行FFT操作前对回波信号乘以频移因子，实现对FFT后数据的精确移位。

Description

一种基于频域移位的去斜体制雷达ISAR包络对齐方法

技术领域

本发明属于一种ISAR雷达成像方法，涉及去斜体制雷达ISAR包络对齐方法。

背景技术

采用转台模型分析逆合成孔径雷达成像，平动补偿的优劣会对成像质量产生重大影响。运动补偿一般分包络对齐和初相校正两步实现：包络对齐将一维距离像进行循环移位，使得同一散射点在不同脉冲内的回波信号处于同一距离单元；相位补偿则消除由平移运动产生的多普勒相移。包络对齐以距离分辨单元为移位单元步长，以前一个回波为基准，后一个回波数据每次移一个距离单元后与基准进行相关，以相关峰值最大为准则判断确定移位单元个数，因此传统包络对齐方法最大对齐误差可达0.5个距离分辨单元。

尽管包络对齐是粗补偿，但它是相位补偿的基础，且以参差不齐的距离像划分的距离单元不可能完成高质量的相位补偿。因此，很多学者都致力于利用距离超分辨算法提升距离分辨率以达到提升包络对齐精度的目的，例如最小熵距离超分辨方法、去卷积距离超分辨方法等，上述算法不仅计算量大，不利于工程应用，而且需要信号的精确模型和足够高的信噪比，目前在工程应用较少。

发明内容

本发明的技术解决问题是：在常规包络相关法对齐的基础上，利用傅里叶(Fourier)变换的频域移位性质提升包络对齐的准确度。

本发明的技术方案是：一种基于频域移位的去斜体制雷达ISAR包络对齐方法，通过下列方式实现：

雷达按照脉冲重复周期采集去斜混频后的目标回波信号，得到目标回波原始信号s_i(t)，i＝1,2....M,其中M为ISAR方位向采样脉冲个数；对每个目标回波原 始信号即待对齐的回波序列进行如何处理：

对得到的目标回波原始信号进行包络对齐，得到包络偏移量d_i；

以包络偏移量d_i为中心，将频率分辨率均分成N份，得到N个d_in值；

每个d_in对应一个频谱搬移因子y＝exp(j2πd_inΔft)，乘以待对齐序列s_i(t)后进行FFT处理得到N个新的距离像S'_in(f)；

计算新得到的距离像S'_in(f)与参考距离像的相关值，并进行相关最大值搜索，得到相关峰最大值对应的精估计值d_in-max；

计算精估计值d_in-max对应的回波信号，该信号记为当前目标回波原始信号包络对齐后的回波系列。

将频率分辨率均分成N份即在[d_i-Δd,d_i+Δd]的范围内均匀选取N个值d_in，n＝1,2…N，Δd＝0.5。

N的取值与信噪比相关，当信噪比SNR≥10dB时，取值范围10～20；当SNR<10dB；取值范围20～30。

计算新得到的距离像S'_in(f)与参考距离像S₀(f)的相关值，并进行相关最大值搜索通过下列公式实现：

其中，f_c为回波载频，k为发射信号调频率，t为快时间，为脉冲时间宽度。

本发明的基本思想为：由Fourier变换的频域移位性质可知，若S(f)是s(t)的Fourier变换，则s(t)exp(j2πf₁t)的Fourier变换为S(f-f₁)，表明可以通过对时域信号乘以一个频移因子实现对信号频谱的搬移。由于去斜体制雷达ISAR每次距离像为回波去斜混频输出信号s_i(t)的频谱，因此可以通过对回波信号s_i(t)乘以适当的频移因子，实现回波距离像的“超距离单元步长”移位，从而提升包络对 齐的精度。

本发明的技术步骤如下：

本发明与现有技术相比的优点在于：

传统包络对齐方精度的最大制约条件是时域信号采样完成，距离单元固化随即完成(即一个距离单元即一个复数数据表示)，此时再进行移位对齐其误差无法突破0.5个距离分辨单元的限制。本发明利用去斜体制信号处理中形成距离单元前需经过FFT操作这一特点，在进行FFT操作前对回波信号乘以频移因子，实现对FFT后数据的精确移位。

本发明针对ISAR成像中的包络对齐问题，提出了基于频域移位的去斜体制雷达ISAR包络对齐方法，该方法可以显著提升包络对齐精度，在信噪比依赖性与算法复杂度上具有明显的优势，工程可实现性强，可用于改善ISAR图像质量，为目标分辨、精确识别提供优质的图像信息。同时本发明提出的包络对齐方法同样适用于去斜体制的PD雷达，主要用于解决相干积累过程中的目标走动问题，提升相干积累增益，扩展雷达作用距离。

附图说明

图1为ISAR图像处理流程；

图2为本方法流程图；

图3为本发明仿真模型；

图4为常规包络相关峰值搜索法的包络走动移位量；

图5为改进包络相关峰值搜索法的包络走动移位量；

图6为常规对齐方法得到的ISAR图像；

图7为利用本发明提出的改进包络对齐法得到的ISAR图像。

具体实施方式

如图2所示，本发明步骤如下：

(1)雷达按照脉冲重复周期采集去斜混频后的目标回波信号，得到目标回波原始s_i(t),i＝1,2....M,其中M为ISAR方位向采样脉冲个数，由ISAR成像分辨率 决定；

(2)按照常规包络相关法进行粗对齐，即计算待对齐的距离像和参考距离像的相关函数，然后以距离分辨单元为步进进行一维搜索，相关函数最大值对应的偏移量即为包络的偏移值，其包络偏移量可以表示为：

d_i＝argmax_d∫S₀(f)S_i(f-dΔf)dt (1)

其中，S₀(f)为基准回波的一维距离像，而S_i(f)为待对齐回波的一维距离像，Δf为距离像FFT的频谱分辨率。

(3)在步骤2得到的包络偏移量的粗估计值d_i后，以该粗估计为中心，将频率分辨率分成N份，即在[d_i-Δd,d_i+Δd]的范围内均匀选取N个值d_in，其中n＝1,2…N，Δd＝0.5；

(4)步骤3中每个d_in对应一个频谱搬移因子y＝exp(j2πd_inΔft)，乘以待对齐序列s_i(t)后进行FFT处理得到N个新的距离像S'_in(f)，并按照公式(2)计算新得到的距离像S'_in(f)与参考距离像的相关值，并进行相关最大值搜索：

其中，f_c为回波载频，k为发射信号调频率，t为快时间，为脉冲时间宽度

(5)步骤4中搜索到的相关峰最大值对应的精估计值为d_in-max，则利用精估计值对应的回波：

S'_i(f)＝fft(s_i(t)×exp(j2πd_{in_max}Δft)) (3)

代替原回波一维距离像作为包络对齐后的回波序列。

(6)按照步骤2～5，遍历所有待对齐的回波序列即实现对一个相干周期内所有回波序列的包络对齐。

实施例

为了更清楚的表明本方法的优点，在此进行数学仿真，仿真参数：信号时宽τ＝1us，带宽B＝50MHz，脉冲重复频率prf＝100us,脉冲积累个数N＝1024，对9个一次排列的点阵进行成像，如图3所示。常规包络相关峰值搜索法的包络走动移位量如图1所示。

从图4中可以看出，常规方法是以分辨率(纵轴单位)为最小移位单元进行的。以图4数据为基础，利用本发明提出的基于频域移位ISAR包络对齐改进方法，取频率分辨率分数N＝10，得到的精细化包络对齐量如图5所示。

从图5可以看出，利用本发明提出的方法，包络精对齐移位量比常规方法更精细，从图6和图7的成像效果上亦能看出，图6为常规对齐方法得到的ISAR图像，而图7是利用本发明提出的改进包络对齐法得到的ISAR图像，图7的成像质量优于图6。

本发明说明书中未作详细描述的内容属本领域技术人员的公知技术。

Claims (4)

1.一种基于频域移位的去斜体制雷达ISAR包络对齐方法，其特征在于通过下列方式实现：

雷达按照脉冲重复周期采集去斜混频后的目标回波信号，得到目标回波原始信号s_i(t)，i＝1,2....M,其中M为ISAR方位向采样脉冲个数；对每个目标回波原始信号即待对齐的回波序列进行如何处理：

对得到的目标回波原始信号进行包络对齐，得到包络偏移量d_i；

以包络偏移量d_i为中心，将频率分辨率均分成N份，得到N个d_in值；

每个d_in对应一个频谱搬移因子y＝exp(j2πd_inΔft)，乘以待对齐序列s_i(t)后进行FFT处理得到N个新的距离像S'_in(f)；

计算新得到的距离像S'_in(f)与参考距离像的相关值，并进行相关最大值搜索，得到相关峰最大值对应的精估计值d_in-max；

计算精估计值d_in-max对应的回波信号，该信号记为当前目标回波原始信号包络对齐后的回波系列。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：将频率分辨率均分成N份即在[d_i-Δd,d_i+Δd]的范围内均匀选取N个值d_in，n＝1,2…N，Δd＝0.5。

3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于：N的取值与信噪比相关，当信噪比SNR≥10dB时，取值范围10～20；当SNR<10dB；取值范围20～30。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：计算新得到的距离像S'_in(f)与参考距离像S₀(f)的相关值，并进行相关最大值搜索通过下列公式实现：

其中，f_c为回波载频，k为发射信号调频率，t为快时间，为脉冲时间宽度。