ISAR成像原理-附matlab-simulation

1、1 .成像原理逆合成孔徑雷達(dá)成像是指目標(biāo)運(yùn)動(dòng)而雷達(dá)不動(dòng)， 利用二者之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)形成的 弧形合成孔徑來(lái)得到方位向的高分辨率，距離向的高分辨率依然是經(jīng)過(guò)大帶寬信 號(hào)的脈沖壓縮得到的。同樣是相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但由于 ISAR成像中，對(duì)于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng) 情況不能確知，所以合成陣列的分布是不可能準(zhǔn)確測(cè)量的， 好在為得到亞米級(jí)的 橫向分辨率，雷達(dá)對(duì)目標(biāo)視線(xiàn)的變化只要很小幾度， 在這期間，由于目標(biāo)的惰性， 其姿態(tài)變化不可能十分復(fù)雜。逆合成孔徑雷達(dá)在另一些方面要比合成孔徑雷達(dá)簡(jiǎn)單， 主要是目標(biāo)的尺寸比合成 孔徑雷達(dá)所要觀測(cè)的場(chǎng)景小的多，一般目標(biāo)不超過(guò)十幾米，大的也只有百余米， 當(dāng)目標(biāo)位于幾十千米以外時(shí)，電波的平面波假設(shè)

2、總是成立的。現(xiàn)在來(lái)分析一下目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)。 可將目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)分解為轉(zhuǎn)動(dòng)和平動(dòng)，目 標(biāo)平動(dòng)是指該目標(biāo)上的參考點(diǎn)沿運(yùn)動(dòng)軌跡移動(dòng)， 而目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)射線(xiàn)的姿態(tài)保 持不變；而轉(zhuǎn)動(dòng)分量是指目標(biāo)圍繞該參考點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)。要獲得高的距離向分辨率，則發(fā)射的脈沖較窄，通常為納秒級(jí)的，而回波序列的 時(shí)延變化常比脈沖寬度大得多，所以這時(shí)的時(shí)序脈沖包絡(luò)在時(shí)間上是錯(cuò)開(kāi)的 (由 于通常要求在成像時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)分量引起的散射點(diǎn)在距離向的走動(dòng)不超過(guò)一個(gè)距 離分辨單元)，所以認(rèn)為一維距離像的錯(cuò)開(kāi)主要是平動(dòng)分量的影響。在這種情況 下，目標(biāo)上同一散射點(diǎn)的各個(gè)回波經(jīng)過(guò)距離分辨以后，將處于不同的距離單元， 因此必須對(duì)平動(dòng)分量引起的包絡(luò)時(shí)延進(jìn)行

3、補(bǔ)償，否則無(wú)法對(duì)方位向進(jìn)行分辨。通 常的做法是以某一次回波為基準(zhǔn)，而將各次的包絡(luò)對(duì)齊(保持原包絡(luò)的振幅和相 位不變，只是位置搬移)，再比較各次回波的相位變化，從而得到點(diǎn)目標(biāo)的多普 勒。經(jīng)過(guò)包絡(luò)對(duì)齊處理，各次回波的距離單元已基本對(duì)齊，各距離單元回波包絡(luò)序列 的幅度和相位的橫向變化基本正常。而各次回波中還包含平動(dòng)分量表現(xiàn)出來(lái)的初 相，為了進(jìn)行方位向分辨，ISAR需要目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)有等效的姿態(tài)轉(zhuǎn)動(dòng)。在理 想的轉(zhuǎn)臺(tái)成像模式下，目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)只有相對(duì)于雷達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，易于得到目標(biāo)的二維 高分辨率圖像，而實(shí)際中，平動(dòng)分量的存在(尤其在載頻很高的情況下)，平移運(yùn)動(dòng)在方位向引入了二次的相位分量， 必須要消除其影響，否

4、則在進(jìn)行方位向分 辨時(shí)(FFT),會(huì)造成圖像方位向散焦。所以，成像的具體步驟有三：(1) 距離向脈壓；(2) 運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，包括包絡(luò)對(duì)齊和初相校正；(3) 方位向分辨的獲得。2 .目標(biāo)與雷達(dá)位置參數(shù)：雷達(dá)位于直角坐標(biāo)系的原點(diǎn)，目標(biāo)位于(50000, 25000)處，且目標(biāo)沿x軸負(fù)方 向以50m/s的速度飛行。成像角度為2.865度，方位向有128次回波采樣。在經(jīng)過(guò)距離向的脈沖壓縮之后，進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊處理，采用的是相鄰相關(guān)法，為了 減小積累誤差的影響，在第六次回波之前的對(duì)齊處理是與此前所有已對(duì)齊好的回 波做相關(guān)，在取其偏移量的平均值，在第六次以后的是與其前面的五次對(duì)齊。 使 用這種對(duì)齊方法得到包絡(luò)對(duì)齊

5、后的一維距離向如圖 1所示；由于有積累誤差的存 在，使得對(duì)齊結(jié)果產(chǎn)生偏移，即單點(diǎn)目標(biāo)的一維距離向之后是初相校正：因只有一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，采用的單特顯點(diǎn)方法。可是現(xiàn)在用判斷單 特顯點(diǎn)的方法得到的居然根本不是包絡(luò)所在處的特顯點(diǎn)， 所以就采用了有包絡(luò)存 在距離單元的平均距離單元作為初相的參考點(diǎn)。最后是方位向FFT得到二維ISAR圖像。圖片：1.JPGRe:ISAR距離多普勒單點(diǎn)目標(biāo)成像算法仿真對(duì)應(yīng)程序clear all;close all;C=3e8;% 光速Fc=1e10;% 載頻lamda=C/Fc;%工作波長(zhǎng)Tr=51.2e-6;%發(fā)射脈寬Br=1e7;%發(fā)射信號(hào)頻寬Kr=Br/Tr;theta=2

6、.865/180*pi;% 成像所需轉(zhuǎn)角x0=50000;%雷達(dá)位于坐標(biāo)系原點(diǎn)，初始時(shí)刻目標(biāo)位置y0=25000;r0=(x0A2+yOA2)A0.5;%目標(biāo)與雷達(dá)的距離v=50;%目標(biāo)速度pr=1.2*Br;sampr=1/pr;sn=0:sampr:Tr;time_acct=r0*theta/v;% 成像時(shí)間對(duì)應(yīng)的目標(biāo)運(yùn)動(dòng)時(shí)間Ba=1/time_acct;% 方位向的多普勒展寬%pa=2*Ba;%方位向的采樣率%sampa=1/pa;% 方位向采樣間隔tm=linspace(0,time_acct,128);M=length(tm);N=length(sn);x=x0-v*tm;R=sqr

7、t(x.A2+y0A2);%回波信號(hào)模型tau=2*R/C;Dfast=ones(M,1)*sn-tau*ones(1,N);phase=pi*Kr*Dfast.A2-(4*pi/lamda)*(R*ones(1,N);Srnm=exp(j*phase);Srf=exp(j*pi*Kr*sn.A2);%參考信號(hào)Sr=ifty(fty(Srnm).*(ones(M,1)*conj(fty(Srf);%for i=1:128%Sr1(i,:尸fft(Srnm(i,:).*conj(fft(Srf);%end%for i=1:128%Sr(i,:-ifft(Sr1(i,:);%end%對(duì)距離壓縮后的

8、信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊Sr2=zeros(M,N);Sr2 com=zeros(M,N);Sr3=zeros(M,N*8);Sr3=(ifft(fft(abs(Sr).,N*8).;%插值(一維距離像)Sr4=(ifft(fft(Sr.,N*8).;% 回波復(fù)包絡(luò)Sr2(1,:)=Sr(1,:);temp1=zeros(1,8*N);% 中間變量temp2=zeros(1,8*N);%index_max=zeros(1,8*N);for i=1:127 %包絡(luò)對(duì)齊diff=0;b=(Sr3(i+1,:);if(i6)for j=1:i a=(Sr3(j,:); c=xcorr(a,b); maxv=

9、max(c); index_max=find(c=maxv); diff=index_max-8*N+diff;end diff=floor(diff/i); else for j=i-4:i a=(Sr3(j,:); c=xcorr(a,b); maxv=max(c); index_max=find(c=maxv); diff=index_max-8*N+diff;end diff=floor(diff/5); endtemp1(diff+1:8*N)=Sr3(i+1,1:8*N-diff); temp2(diff+1:8*N)=Sr4(i+1,1:8*N-diff); if(diff=0)

10、 temp1(1:diff)=Sr3(i+1,8*N-diff+1:8*N); temp2(1:diff)=Sr4(i+1,8*N-diff+1:8*N); endSr3(i+1,:)=temp1; Sr4(i+1,:)=temp2;%indexr=zeros(1,M);%for i=1:M%temp=abs(Sr2(i,:);%maxr=max(temp);L%indexr(i尸find(maxr=temp);1%end! endLSr2=(ifft(fft(Sr3.,N).;% 從插值變換回原序列Sr2com=(ifft(fft(Sr4.,N).;indexr=zeros(1,M);ind

11、exr_old=zeros(1,M);for i=1:M%統(tǒng)計(jì)各次回波的峰值temp=abs(Sr2(i,:);temp_old=abs(Sr(i,:);maxr=max(temp);i一 :max_old=max(temp_old);indexr(i)=find(maxr=temp);i-indexr_old(i)=find(max_old=temp_old);end%tempa=zeros(1,N);:%tempb=zeros(1,N);i %for i=1:N li -%tempa=(sum(abs(Sr2com)./M).A2;卜一%tempb=sum(abs(Sr2com).A2)./M;%end%index_specl=find(1-tempa./tempb)0.12);%特顯點(diǎn)的判別準(zhǔn)則在這里不適用index_spec=sum(indexr);% 初相矯正(只有一個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，采用的單特顯點(diǎn)方法，但是現(xiàn)在的用判斷單特顯點(diǎn)的方法居然得到的根本不是包絡(luò)所在處的特顯點(diǎn)，:%所以就采用了包絡(luò)所在距離單元的平均距離單元作為初相的參考點(diǎn));index_spec=floor(index_spec/M);match_fctr=Sr2