CN108375769B - 一种结合sar成像和isar成像的雷达成像方法 - Google Patents

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Abstract

一种结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，包括：成像准备，确定各次SAR成像和ISAR成像的相关参数；成像测试，按照确定的参数进行测试；结合成像，以各次SAR成像测试结果为基础，结合SAR成像和ISAR成像，获取满足要求的雷达成像结果。通过该方法，综合SAR成像便于进行目标‑背景分离、ISAR成像孔径角较大的优势，使得在一般外场条件下可以获取目标高分辨力雷达图像，并可以在避免固定位置的干扰目标对成像结果造成影响，同时获得高于普通SAR成像的分辨率。

Description

一种结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法
技术领域
本发明涉及一种雷达成像方法，具体的，涉及一种结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法。
背景技术
雷达成像可以得到目标散射源的分布，在雷达波隐身技术研究中得到广泛应用。常用的雷达成像方法主要有SAR成像和ISAR成像两种方法，SAR成像通过按一定路径运动（一般是直线运动）的雷达对固定目标区域进行照射，通过雷达波形设计和相干处理获得目标区域图像；ISAR成像则是雷达固定不动，在隐身技术研究中，一般是在目标转台的配合下对被测目标进行成像测量，被测目标按一定的转速或间隔转过一定角度，在此期间，雷达对目标进行测试，同样是通过波形设计和相干处理获得目标区域图像。
对于隐身技术研究而言，为获得清晰和准确的散射源定位，成像的分辨力指标非常重要。无论是对于SAR成像还是ISAR成像，成像结果的横向（垂直于雷达照射方向）和纵向分辨力（沿雷达照射方向）分别取决于孔径角和雷达带宽。现代成像雷达一般采用脉冲压缩技术获取较宽的雷达带宽，易于获得较高的纵向分辨力。在横向分辨力方面，SAR或ISAR方法均取决于等效的孔径角，一般而言，在有目标转台配合的条件下，ISAR方法的等效孔径角大于SAR方法的等效孔径角，即ISAR成像的横向分辨力优于SAR成像。
虽然ISAR成像方法的分辨力优于SAR成像方法，但ISAR成像对于配合条件的要求较高，一方面需要目标转台和测试设备的同步，另一方面，受限于ISAR成像的原理，要求目标所处的背景不能有较高的干扰目标和杂散，否则，这些不随转台转动的目标将折叠至目标像的中心，且这些杂散目标与真实目标相重合，难以分离处理，造成目标图像的严重污染。因此，ISAR成像一般在背景电平很低，有良好吸波材料敷设且有目标转台配合的内场场地中使用。而SAR成像不存在这样的问题，不需目标转台配合，且目标区中所有的目标均可反映，对目标所在背景环境仅需进行简单处理即可分离目标和背景，可以在条件一般的外场环境下进行目标成像。但受限于目标尺寸、雷达天线尺寸、目标距离以及雷达运动路径等因素，一般外场条件下，SAR成像的等效孔径角度一般均小于ISAR成像，难以获得较高的横向分辨力。
因此，如何在一般外场的条件下获得真实目标的高分辨力的目标雷达图像，为目标雷达波隐身技术研究提供必要的研究基础，就成为亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的在于提出了一种结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法。
为达此目的，本发明采用以下技术方案：
一种结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，包括以下步骤：
步骤1：成像准备，确定各次SAR成像和ISAR成像的相关参数；
步骤2：成像测试，按照步骤1中确定的参数进行测试；
步骤3：结合成像，以步骤2中的各次SAR成像测试结果为基础，结合SAR成像和ISAR成像，获取满足要求的雷达成像结果。
具体地，步骤1的成像准备，包括：根据成像要求，确定成像测试所需的总的成像孔径角，根据目标、测量场地及测量设备情况确定单次SAR成像对应的孔径角，结合总的成像孔径角确定需要进行SAR成像的次数，并确定各次SAR成像时目标相对于成像雷达天线扫描路径的方位角度和对应的SAR成像雷达天线扫描路径的具体位置。
步骤2的成像测试，包括：在步骤1确定的各次SAR成像的目标方位角度以及对应的天线扫描路径上进行SAR成像测试，直至完成步骤1中所确定的所有方位角度上的SAR成像测试，即完成等效的ISAR成像测试。
进一步，雷达成像系统天线扫描路径为直线，并采用在扫描架轨道上运动的方式进行SAR成像扫描。
进一步，根据场地情况确定测试距离，结合雷达天线在扫描架上的扫描距离确定每次SAR成像的孔径角度。
进一步，在步骤2中，进行SAR成像测试时，成像雷达所使用的信号波形是脉间变频信号，或线性调频信号，或步进扫频信号。
进一步，在步骤2中，SAR成像测试时的目标方位角度在目标转台配合下转动目标实现，或通过改变成像雷达系统扫描路径实现。
进一步，在步骤3中，采用矩阵求逆的方法进行处理，获得最终的雷达成像结果。
进一步，步骤1中所需的总的成像孔径角依靠多次SAR成像积累获得，各次SAR成像的孔径角取决于当次扫描时目标距离和成像路径的长度。
进一步，步骤2中各个目标方位角度条件下的SAR成像测试不限测试次序，只需完成所有目标方位角度下的SAR成像测试即可。
通过本申请的方案，避免了SAR成像方法孔径角偏小、ISAR成像易于受到固定目标污染，且对测试条件要求较高的缺点，并综合SAR成像便于进行目标-背景分离、ISAR成像孔径角较大的优势，使得在一般外场条件下可以获取目标高分辨力雷达图像，并可以在避免固定位置的干扰目标对成像结果造成影响，同时获得高于普通SAR成像的分辨率。
附图说明
图1是根据本发明的结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法的流程图
图2是对于所举样例的几何尺寸，单纯采用SAR方法时对应的坐标系和扫描路径示意图
图3是对于所举样例的几何尺寸，采用本发明所述的成像方法时对应的坐标系和扫描路径示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
本发明通过综合SAR和ISAR成像方法优点、避免SAR和ISAR缺点的思想方法来实现一般外场条件下高分辨力的雷达成像。
电磁散射理论表明，在光学区目标在垂直于波阵面方向的尺寸远大于入射波长，此时散射体各部分之间的相互影响已变得很小，散射成为局部现象而不再是累积的过程，表面电流积分的主要贡献来自于驻相点和积分端点，散射也就可以认为是主要来自于这些离散点，称为目标的散射中心。散射中心是雷达目标在高频区等效的散射源。所谓雷达成像，就是使用雷达对这些孤立的散射点进行分辨和定位，以图像的形式直观反映这些散射中心。电磁理论研究表明，雷达散射中心具有以下特点：
1. 雷达散射中心为目标固有特征，与频率和观察角度有关；
2. 在一定的角度范围内散射中心位置不发生变化。
只要满足信号带宽和总的成像孔径角度的要求，即可获得相应分辨力的成像结果。在外场条件下，受限于目标尺寸、雷达天线尺寸、目标距离以及雷达运动路径等因素，SAR成像的等效孔径角度较小，难以满足总的成像孔径角度的要求；而采用ISAR成像方法虽可满足总的成像孔径角度的要求，但存在对配合条件要求高，难以分离背景等问题。
因此，根据上述分析，可以通过对不同目标方位角度上的SAR成像的积累获得满足总的成像孔径角度要求的成像结果，而这种积累过程相当于目标相对雷达进行运动，即可视为ISAR成像过程。
据此本发明结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，包括如下步骤：
步骤1：成像准备。根据成像分辨力要求，确定成像测试所需的总的成像孔径角，根据目标、测量场地及测量设备情况确定单次SAR成像对应的孔径角，结合总的成像孔径角确定需要进行SAR成像的次数，并确定各次SAR成像时目标相对于成像雷达天线扫描路径的方位角度和对应的SAR成像雷达天线扫描路径的具体位置；
步骤2：成像测试。在步骤1确定的各次SAR成像的目标方位角度、以及对应的天线扫描路径上进行SAR成像测试，直至完成步骤1中所确定的所有方位角度上的SAR成像测试，即完成等效的ISAR成像测试；
步骤3：结合成像。以步骤2中的各次SAR成像测试结果为基础，结合SAR成像和ISAR成像，获取满足要求的雷达成像结果。
其中，在步骤1、2中，雷达成像系统天线扫描路径为直线，并采用在扫描架轨道上运动的方式进行SAR成像扫描，根据场地情况确定测试距离，结合雷达天线在扫描架上的扫描距离确定每次SAR成像的孔径角度。
例如，不失一般性，需要对15m×15m的方形目标区进行二维成像，成像要求为中心频率10GHz、分辨力优于0.0375m。由于场地的限制，需要在距目标区中心15m处进行成像测量，所使用的扫描架的天线扫描路径为直线，扫描长度为1.5m。
按上述要求和条件计算所需总的成像孔径角，雷达横向分辨力公式
Figure DEST_PATH_IMAGE001
其中，
Figure 361706DEST_PATH_IMAGE002
为成像中心频率对应的波长，
Figure DEST_PATH_IMAGE003
是孔径角，
Figure 164665DEST_PATH_IMAGE004
为横向分辨力，代入相应参数，计算可得所需的总的成像孔径角为22.9度。
若单纯使用SAR成像方法，如图2所示，使用直线扫描方式，在15m的测试距离上，要满足总的成像孔径角22.9度的要求，则直线扫描距离需要10.09m，这样的扫描长度在对于扫描轨迹的保持或制作扫描架都是十分困难的。
在同样的距离上，采用本申请的结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，如图3所示，当采用扫描长度为1.5m的扫描架时，15m的测试距离上，单次SAR成像可以达到的孔径角度为3.44度，这样，理论上只需要在目标的22.9/3.44≈7个方位角度（图中只给出了3个角度上的示意）上进行这样的SAR成像扫描即可满足总孔径角的要求。扫描长度为1.5m的扫描架或直接进行直线扫描相较于之前的10.09m的直线扫描距离均是易于实现的，这就使得外场条件下的高分辨力成像成为可能。
在步骤2中，成像雷达所使用的信号波形是脉间变频信号，或线性调频信号，或步进扫频信号。
在测试中，可以利用目标转台将目标调整至需要的测试方位角上进行相应的SAR测试。或者，如果测试目标不方便移动时，可以采用移动雷达从而改变目标与雷达之间的方位角。
在雷达成像中，采用矩阵求逆的方法进行处理，获得最终的雷达成像结果。
本发明能够通过避免SAR成像方法孔径角偏小、ISAR成像易于受到固定目标污染，且对测试条件要求较高的缺点；综合SAR成像便于进行目标-背景分离、ISAR成像孔径角较大的优势，使得在一般外场条件下获取目标高分辨力雷达图像成为可能。
显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上，可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明和举例说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此或仅限于实例的成像要求和具体参数，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。

Claims (6)

1.一种结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，包括以下步骤：
步骤1：成像准备，确定各次SAR成像和ISAR成像的相关参数，包括根据成像分辨力要求，确定成像测试所需的总的成像孔径角，根据目标、测量场地及测量设备情况确定单次SAR成像对应的孔径角，结合总的成像孔径角确定需要进行SAR成像的次数，并确定各次SAR成像时目标相对于成像雷达天线扫描路径的方位角度和对应的SAR成像雷达天线扫描路径的具体位置；
步骤2：成像测试，按照步骤1中确定的参数进行测试，包括在步骤1确定的各次SAR成像的目标方位角度以及对应的天线扫描路径上进行SAR成像测试，直至完成步骤1中所确定的所有方位角度上的SAR成像测试，即完成等效的ISAR成像测试；
步骤3：结合成像，以步骤2中的各次SAR成像测试结果为基础，结合SAR成像和ISAR成像，获取满足要求的雷达成像结果；
其中，进行SAR成像测试时，雷达成像系统天线扫描路径为直线，并采用在扫描架轨道上运动的方式进行SAR成像扫描，根据场地情况确定测试距离，结合雷达天线在扫描架上的扫描距离确定每次SAR成像的孔径角。
2.根据权利要求1所述的结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，其特征在于：
步骤1中所需的总的成像孔径角依靠多次SAR成像积累获得，各次SAR成像的孔径角取决于当次扫描时目标距离和成像路径的长度。
3.根据权利要求1所述的结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，其特征在于：
步骤2中的SAR成像测试时的目标方位角度在目标转台配合下转动目标实现，或通过改变成像雷达系统扫描路径实现。
4.根据权利要求1所述的结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，其特征在于：
步骤2中各个目标方位角度条件下的SAR成像测试不限测试次序，只需完成所有目标方位角度下的SAR成像测试即可。
5.根据权利要求1所述的结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，其特征在于：
步骤2进行SAR成像测试时，成像雷达所使用的信号波形是脉间变频信号，或线性调频信号，或步进扫频信号。
6.根据权利要求1所述的结合SAR成像和ISAR成像的雷达成像方法，其特征在于：
步骤3中最终的成像结果是二维成像或三维成像。
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