[发明专利]一种宽带雷达空间锥体目标的干涉式三维成像与微动特征提取方法

说明书

本发明针对已有单基以及双/多基雷达方法难以获取目标真实三维像与三维微动特征，系统实现复杂这一问题，将干涉式逆合成孔径雷达(InISAR)中多天线干涉处理的思想引入到空间锥体目标三维成像与三维微动特征提取研究中，提出一种宽带雷达空间锥体目标的干涉式三维成像与微动特征提取方法，将微多普勒效应理论与多天线干涉处理技术相结合，利用距离‑慢时间像实现了空间锥体目标真实三维成像，获取了与目标的物理尺寸一致，能够反映散射点每个瞬时时刻真实三维散射分布信息的坐标值，并在此基础是精确求解目标微动参数与结构参数。经过实例仿真验证，本发明专利算法相较已有方法，运算简单，系统实现容易，鲁棒性好，能够提取更多的目标参数，有一定的应用优势。

技术领域

本发明涉及信号与信息处理技术，具体涉及一种宽带雷达空间锥体目标的干涉式三维成像与微动特征提取方法。

背景技术

当前，随着现代雷达技术的快速发展，空间目标探测和识别技术已由简单的轨道测量阶段发展到了特征信息测量阶段，即通过利用一维距离成像、逆合成孔径雷达(ISAR)成像、微多普勒(micro-Doppler)特征分析等方法和手段，获得目标的外形、体积、表面物理参数、微动参数等，为目标识别提供丰富的特征信息。特别是基于目标微多普勒效应，利用现代信号处理方法获得目标的三维成像特征和三维微动特征，可以更好地辨别目标的属性、类别等信息，在空间目标探测与识别方面具有非常广阔的应用前景，近年来开始得到国内外学者的关注。

从目前研究现状来看，空间目标三维成像与三维微动特征提取技术研究尚处于起步阶段，还存在许多问题需要深入研究解决。王琦等在《High-resolution three-dimensional radar imaging for rapidly spinning targets》(IEEE Transactions onGeoscience and Remote Sensing,2008,46(1):22-30)，白雪茹等在《High-resolutionthree-dimensional imaging of spinning space debris》(IEEE Transactions onGeoscience and Remote Sensing,2009,47(4):2352-2362)中提出了基于单基雷达的三维成像与三维微动特征提取方法，通过分析和提取目标回波的微多普勒特征参数来获得目标上各微动散射点的三维结构和运动特征。然而，由于单基雷达仅能观测到目标在雷达径向距离上的微动分量，因此这类方法所获得的三维成像结果并不能确定目标散射点的真实空间位置，均需要利用目标相对于雷达的姿态信息才能实现对成像结果的准确定标。而在实际应用中，仅利用单基雷达很难准确获得目标相对于雷达的姿态信息。此外，这类方法由于通常都利用了目标微多普勒信号为正弦调频(SFM)信号这一先验信息，因此仅适用于简单旋转目标，对于更复杂的微动目标(如由自旋和锥旋复合而成的进动目标)，尚不能实现有效的三维成像，也难以准确获得目标的三维微动特征。

艾小峰等在《Imaging of Spinning Targets via Narrow-Band T/R-R BistaticRadars》(IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters,2013,10(2):362-366)，罗迎等在《Three-dimensional precession feature extraction of space targets》(IEEETransactions on Aerospace and Electronic Systems,2014,50(2):1313-1329)中提出基于双/多基雷达的三维成像与三维微动特征提取方法，利用分布在不同视角的多个雷达观测到的目标特征差异，通过关联处理来获得目标的三维成像结果。尽管这类方法在理想条件下可以重构目标散射点在空间的真实三维分布，也能够准确反演出目标真实的三维微动特征，但在实际应用中，目标上散射中心的各向异性以及散射点相互之间的遮挡效应将使得各雷达回波的联合处理变得异常复杂和困难，现有方法在实际应用中的有效性还有待进一步检验。同时，由于该类方法需要对多部雷达的回波进行联合处理，系统实现较为复杂，也不利于实际应用。