[发明专利]一种复杂机动目标快速成像方法

权利要求书

1.一种复杂机动目标快速成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

第一步：对回波信号进行脉冲压缩和距离徙动矫正；

假设雷达发射大带宽的线性调频信号：

其中rect为矩形窗函数，exp为以e为底的对数函数，为快时间，T_p为脉冲宽度，f_c为载频，μ为调频率，t为全时间；

对回波信号进行解线频调处理，目标中某一散射点p的回波写为：

其中A_p为回波幅度，B为信号带宽，t_k为重新引入的快时间，满足ΔR_p为目标转动引起的径向距离差，当目标做复杂机动时，ΔR_p具有如下形式：

y_p，x_p分别代表散射点p的距离信息和方位信息，ω代表目标转动的速度，a_1,p，a_2,p分别为目标转动的加速度和加加速度；考虑到加速度和加加速度对距离维的影响很小，因此对式(2)做楔石形变换(Keystone)，并对t_k做傅里叶变换，即完成了脉冲压缩和距离徙动矫正；处理后的信号如式(4)所示：

其中f_r为快时间频率，N为散射点个数，φ_2,p＝x_pω，φ_3,p＝x_pa_1,p-y_pω²，φ_4,p＝x_pa_2,p-3y_pa_1,pω-ω³；在经过初步处理后，雷达回波信号变为了多分量的立方相位信号；

第二步：对回波信号进行局部多项式变换，估计二次调频率和瞬时频率

取式(4)中第k个距离单元的回波数据，即选取特定的快时间频率值；该距离单元的数据被表示为：

A′_p被视为常数；对式(4)进行共轭相乘，并乘以一个三次相位项：

其中ζ为二次调频率的取值范围，根据目标的运动特征确定其范围；

式(6)中共轭相乘的操作会产生两种类型的结果，一种是信号各个分量与其自身的共轭相乘，称为自项；另一种是信号各个分量之间的共轭相乘，称为交叉项；对式(6)按τ进行傅里叶变换，当t_m＝0时，式(6)自项和交叉项的傅里叶变换结果分别如下；

自项：

交叉项：

其中，a＝(φ_1,p+φ_1,q+f_τ)/2，b＝(φ_2,p-φ_2,q)/4，c＝(φ_3,p+φ_3,q+8ζ)/16；

对于式(7)，当ζ＝0.25φ_3,p，f_τ＝φ_1,p时，式(7)将会出现峰值点；而对于式(8)，b＝0是不成立的，式(8)不会出现如式(7)中一样的峰值；对进行傅里叶变换后的式(6)进行最大值搜索，确定回波的瞬时频率和而次调频率；

(f_τp,ζ_p)＝max|FFT[R_LPT(0,τ,ζ)]|      (10)

第三步：通过快速调频傅里叶变换估计回波的调频率和幅度

利用通过式(10)和式(11)得到的二次调频率，构造以下函数：

将式(12)与式(5)相乘，就消去了散射点p对应回波的三次相位项，此时回波变为：

其中other(t_m)表示其他还没有消除三次项的回波；

对S'_Rk(t_m)进行快速调频傅里叶变换；首先对式(13)乘以一个二次相位：

R_FCFT(t_m,γ)＝S'_Rk(t_m)exp[jπγt_m²]                   (14)

其中γ的取值由调频率范围决定，当γ＝φ_2,p时，式(13)中第一部分的二次相位将会被消除；若此时对式(14)做傅里叶变换，则回波会以sinc函数的形式聚焦并形成尖峰；对式(14)进行傅里叶变换，对变换后的结果做最大值搜索，最大值对应的调频率γ的取值，即为回波调频率的估计值：

(A,γ_p)＝max|S_FCFT(f_d,γ)|                      (16)

回波幅度的估计值由式(16)中的最大值得到：

其中M为回波数据在慢时间域的长度；

第四步：重新构建回波信号，并进行ISAR成像

根据第二步和第三步得到的各个参数，重新构建回波信号：

其中f_rk含有各个散射点的距离信息；在经过式(19)的重构后，原有的二次相位项和三次相位项消失；对式(19)按t_m进行傅里叶变换，使得各个散射点在二维平面上聚焦，即完成ISAR成像。