[发明专利]一种基于分数阶傅立叶变换的舰船目标ISAR成像方法

说明书

本发明提供了一种基于分数阶傅立叶变换的舰船目标ISAR成像方法，包括：获取舰船目标在每个距离单元中的散射点的雷达回波信号；将获取的距离单元中雷达回波信号经脉冲压缩和运动补偿后建模为多分量的二次调频信号；根据二次调频信号确定距离单元中的散射点回波信号的预估参数；采用距离单元中散射点回波信号的预估参数更新距离单元中雷达回波信号；利用更新后的雷达回波信号获取舰船目标的ISAR图像。本发明对雷达回波信号依次采用对称相关函数、分数阶傅里叶变换和多次乘积处理，不仅避免了时间和时延的耦合，而且高精度的估计了二次项相位系数和三次项相位系数；结合参数估计的距离‑瞬时‑多普勒成像技术，得到运动目标的高质量、高精度的ISAR图像。

技术领域

本发明涉及微波成像技术，具体涉及一种基于分数阶傅立叶变换的舰船目标ISAR成像方法。

背景技术

合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)是一种最为常见的成像雷达，通常装在飞机、卫星等运动平台上，针对精致目标即对地进行成像。它的本质是通过雷达与目标之间的相对运动，等效地在方位向上合成巨大有效的天线孔径，从而突破了雷达的实孔径天线对方位向分辨率的限制，使雷达成像技术迈向了一个新台阶。逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)是在SAR基础上发展起来的另一种雷达成像技术，旨在解决运动目标的成像问题。ISAR多放置在固定位置，对运动目标来成像，主要是对非合作目标进行二维成像，在战略防御、反卫星、战术武器以及雷达天文学中都体现出重要的应用价值。ISAR成像的非合作目标导致了成像所需的参数都是未知的，因而ISAR成像相比SAR的成像要复杂一些，需要进行必要的运动补偿。由于ISAR假设发射的电磁波前为平面波，目标尺寸远远小于雷达与目标之间的距离，因此ISAR通常用于对远距离的非合作目标成像。

舰船是海洋场景中最重要的目标之一，获得目标高质量的图像有很重要的意义。低海况下，ISAR对舰船的检测和成像可以采用传统的成像方法。但是高海况条件下，海浪的起伏导致舰船目标出现机动(即三维旋转，横摇、纵摇和偏航)，这造成舰船目标成像困难的主要原因。虽然舰船的三维旋转运动规律可循(呈正弦规律)，但是摇摆的周期和初相不尽相同，这导致回波复杂多变很难获得目标信息，传统方法的成像结果出现严重的散焦。因此如何在复杂海况下更有效的获得舰船的ISAR图像是一个具有挑战性和实际意义的工作。

现有技术中为避免几何分辨率损失，当目标复杂运动不是特别剧烈时，可以将距离单元内的回波建模为多分量线性调频(Linear frequency modulated,LFM)信号，从上个世纪九十年代开始就出现了基于该模型的参数估计ISAR成像算法。在海面情况较复杂的情况下，舰船目标的运动也较复杂，目标三维的旋转很严重且多普勒频率的时变性更没有规律，这时把回波信号建模为LFM信号已经不能满足实际情况的需求，如何准确的估计出信号的各个参数是迫切需要解决的问题。

发明内容

为了解决现有技术中所存在的上述不足，本发明提供一种基于分数阶傅立叶变换的舰船目标ISAR成像方法，包括：

获取舰船目标在每个距离单元中的散射点的雷达回波信号；

将获取的所述距离单元中雷达回波信号经脉冲压缩和运动补偿后建模为多分量的二次调频信号；

根据所述二次调频信号确定所述距离单元中的散射点回波信号的预估参数；

采用所述距离单元中散射点回波信号的预估参数更新距离单元中雷达回波信号；

利用更新后的雷达回波信号获取舰船目标的ISAR图像。

优选的，所述多分量的二次调频信号按下式计算：