[发明专利]机动目标高分辨ISAR子孔径融合成像方法

说明书

本发明涉及一种机动目标高分辨ISAR子孔径融合成像方法，包含：S1、雷达发射线性调频信号并通过解线频调方式接收回波数据；S2、对回波数据进行平动补偿，将大角度观测形式下的回波数据分为多个子孔径回波数据；或将已有多个视角/多基ISAR的子角度作为子孔径回波数据；S3、基于图像锐化度最大化方法对目标转动参数进行估计，对各个子孔径图像的方位分辨率进行估计；S4、利用稀疏信号处理方法对各个子孔径图像的分辨率进行校正；S5、对各个子孔径图像进行几何配准和融合，实现高分辨ISAR子孔径融合成像。本发明能够解决在大角度、多视角或多基ISAR等情况下由目标机动性引起的成像质量差的问题，提高对未知目标ISAR成像的识别和解译能力。

技术领域

本发明涉及一种针对机动目标的ISAR(Inverse Synthetic Aperture Radar，逆合成孔径雷达)子孔径高分辨融合成像方法，属于雷达信号处理的技术领域。

背景技术

作为空间、空中及海域的重要观测手段，ISAR利用目标散射点回波的距离和多普勒信息，能够实现非合作目标的成像，在目标识别和分类中起着不可替代的作用。随着运动补偿算法和成像技术的日渐改进，ISAR对于平稳目标的二维重构算法已比较成熟。在一定的相干积累角度内，经过平动补偿后，目标可以近似为在转台上转动，沿方位向进行处理可反演目标像。

在实际应用中，未知目标通常具有机动性，这是造成当前ISAR成像系统出图率低、图像分辨性能差等问题的重要原因之一。随着对分辨率和识别能力等需求的不断提高，多元化的ISAR成像方式也被陆续提出。从大观测角、多个视角或多部雷达中获取更多的目标信息，通过融合的手段提供更可靠的情报。在上述的工作模式下，目前研究较多的仍然是平稳目标，即认为在观测时间内目标的转动速度是均匀的。利用多个孔径对机动目标进行融合成像具有重要的现实意义，同时也存在巨大的挑战。

当目标处于大角度时，由于目标的机动性未知，相干积累难度很大。因此本发明提出将大视角分割为多个子孔径，在每个子孔径下可近似为匀速转动；由不同视角或者由不同雷达获得的机动目标数据也可假设在每个子孔径条件下匀速转动。对每个子孔径经过常规的运动补偿和成像算法得到ISAR子图像，其中，包络对齐可利用相邻相关法等方法，初相校正可利用基于特显点或最小熵的方法，常用的成像方法如距离-多普勒算法、极坐标算法(Polar Formatted Algorithm，PFA)等。由于每个子孔径的转动速度不同，相干积累角度Θ可能不同，由分辨率的换算公式ρ_a＝λ/(2Θ)可知，每个子图像分辨率不尽相同。直接进行子图像融合会存在两个问题：1)目标散射点无法对应；2)融合处理会使分辨率下降。因此，首先需对分辨率进行校正，另外应保证融合后的图像高分辨率。

由于目标的转动速度是未知的，校正子图像分辨率需先进行转动参数的估计。转动的影响使得不同距离单元内的散射点具有不同的多普勒调频率，因此大多数算法通过估计调频率从而解算出目标的转角速度。其中一类常用的方法是通过选取特显点从中估计高阶的转动相位，最直接的思路是通过提取个别散射点进行估计，这类方法理论上可行，但在提取过程中容易造成散射点能量损失和信息混叠，并且依赖于散射点的质量，对图像分辨率、目标散射特性、信噪比条件等都有很高的要求。在估计过程中保持散射点信息的完整性，利用转动对所有散射点的冗余性可提高估计性能。另一类则以图像整体聚焦性能为准则，通过补偿转动相位搜索最优的转动速度。现有研究标明，在一定范围内搜索转动角度使得PFA成像熵值最小时，可获得较好的转速估计，但存在较大的运算量。本发明基于图像强度平方的锐化度最大化准则，利用高斯牛顿法可快速求解转动速度。

对于不同的子图像分辨率，本发明利用稀疏信号处理的方法对较短的孔径进行外推，使得两幅图像的方位分辨率保持一致。为了不使分辨率下降过多，将较长孔径也进行外推，保持理论分辨率一致的前提。大量研究标明，大部分的ISAR图像具有很强的稀疏性，能够使用稀疏信号处理的方法进行高分辨重构。为了保持像素单元数一致，还需要进行必要的插值处理。在此基础上，本发明利用相关性进行子图像配准，并根据像素值最大准则进行融合。