基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法，包括：初始化图像数据矩阵；利用方位视角所对应的目标后向电磁散射回波信号，获取距离时域图像；基于雷达天线到目标中心散射点的距离，目标上除中心散射点外任意散射点与雷达天线的距离，距离时域图像，以及图像数据矩阵，得到当前视角下的成像结果；所有视角下的成像结果进行叠加得到近场ISAR成像结果。本发明专利技术能够实现大小尺寸目标近场ISAR精细成像，降低运算量，提升目标检测识别和分辨能力。识别和分辨能力。识别和分辨能力。

【技术实现步骤摘要】
基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法


[0001]本专利技术涉及一种基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法，属于雷达信号处理微波成像


技术介绍

[0002]近年来，随着雷达成像技术的不断进步，雷达成像技术在民用和军事等领域得到了广泛的应用。雷达成像技术包括合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)成像和逆合成孔径雷达（ISAR）成像,二者都是利用目标与雷达的相对运动进行成像，其中ISAR主要是对导弹、飞机等空中目标进行二维成像，且由于ISAR不易受天气等环境因素干扰，即具备全天时全天候的特点，故ISAR成像技术广泛的应用于国防防空反导等领域，是战略防御中一种非常重要的目标识别手段。
[0003]传统的逆合成孔径雷达（ISAR）成像算法依赖于目标位于ISAR天线大远场区的假设，原始的后向散射电磁（EM）数据通常在狭窄的频率带宽和较小的观测视角范围内收集，通过处理这些二维（2D）频率数据，生成距离和方位的2D空间坐标上的投影，重建最终的ISAR图像。然而，在一些应用中，被成像的物体应该位于天线的近场，对于这些近场ISAR成像应用，通常需要收集更大的视角数据，以便能够沿方位向聚焦目标，可用于检查关键安全场所（如机场）的敌对和恐怖活动的预警及隐蔽武器检测。作为另一个应用，研究人员还利用近场成像，通过近场雷达散射截面（RCS）测量来表征目标的散射特征，因为在室内测量设施（如消声室）中，很难确定高频天线的远场距离要求。因此研究近场ISAR成像就具有重要的实际意义。
[0004]对于几乎所有的近场雷达成像来说，目标应被扫描以获得更大范围的观测视角，从而获得聚焦图像。因此，基于小角度扫描观测的经典ISAR成像算法及近场ISAR成像算法已不在适用，且在成像过程中容易出现图像失配、斜视、角闪烁、算法步骤繁琐等问题，难以保持成像精度，不利于工程实现及应用拓展。

技术实现思路

[0005]本专利技术的目的在于针对上述已有技术方法的不足，提出一种基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法，以实现大小尺寸目标近场ISAR精细成像，降低运算量，提升目标检测识别和分辨能力。
[0006]本专利技术为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法，包括以下步骤：1）初始化图像数据矩阵，用于保存每个方位视角的成像结果数据大小；2）利用雷达天线接收采集方位视角所对应的目标后向电磁散射回波信号；3）将目标后向电磁散射回波信号和波数域相乘；4）沿波数域方向，对步骤3）的结果进行一维逆傅里叶变换处理，获取距离时域图
像；5）计算目标上除中心散射点外任意散射点与雷达天线在当前视角下所对应距离；6）采用一维线性插值方法，获得距离时域图像像素点位置所对应的值；7）将与图像数据矩阵相加，得到当前视角下的成像结果；8) 重复2）到7）的步骤，计算雷达天线所有视角下的成像结果并进行叠加，得到最终的近场ISAR成像结果。
[0007]进一步，所述步骤1）中初始化图像数据矩阵，其中，M表示距离像素点数，N为方位像素点数，表示的零矩阵。
[0008]进一步，所述步骤2）中利用雷达天线接收采集方位视角所对应的目标后向电磁散射回波信号表示如下：其中，为波数域，为目标中心散射点相对雷达天线的方位视角，为雷达天线到目标中心散射点的距离，V为目标的体积表面，表示目标上除中心散射点外任意散射点与雷达天线的距离，f为雷达天线发射信号频率，c为光速，r为目标中心散射点与之间的向量， 为的后向散射回波信号。
[0009]进一步，所述步骤5）中目标上除中心散射点外任意散射点与雷达天线在当前视角下所对应距离表示如下：其中，为雷达天线到目标中心散射点的距离，（x , y）为的坐标，为雷达天线的俯仰角。
[0010]进一步，如果雷达天线与目标中心散射点之间的距离满足下式，则认为ISAR成像满足近场ISAR成像条件：
其中，为波长，为雷达天线到目标中心散射点的距离，D为目标的方位向尺寸。
[0011]本专利技术采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：（1）本专利技术采用基于后向投影的简化BPA成像方法，成像步骤简单，傅里叶变换次数少，运算量小，实时高效；（2）BPA成像算法是基于波前重建理论的算法，是一种精确的时域成像算法，成像不受雷达天线成像视角的限制，且由于其成像过程是逐点反投影成像，因此可以避免目标在大视角情况下产生的距离单元跨越现象，实现高分辨率成像。传统的BP算法都是基于远场条件下实现的，本专利技术实现了在近场条件下对大小尺寸目标高分辨率二维ISAR成像，进一步扩展了应用范围；（3）目前大多数近场ISAR技术都是基于小尺寸目标所提出来的，其成像步骤繁琐，且在成像过程中容易出现图像失配、斜视、角闪烁等问题，难以保持成像精度，本专利技术能有效的提高对目标的识别能力，增强算法实时性，利于工程实现。
附图说明
[0012]图1是本专利技术处理流程图；图2是二维近场ISAR成像几何模型图；图3是仿真目标上的点位置坐标图；图4是目标电磁散射采集数据频谱图（频率视角域）；图5是目标电磁散射采集数据频谱图（波数域）；图6是传统方法近场ISAR成像结果；图7是远场假设条件下近场BPA成像结果；图8是本专利技术所提方法小尺寸目标近场ISAR成像结果；图9是本专利技术所提方法大尺寸目标近场ISAR成像结果。
具体实施方式
[0013]以下结合附图以及具体实施例对本专利技术的技术方案以及所达到的效果进行进一步阐述。
[0014]在一个实施例中，如图1所示，提供一种基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法，具体实施方案步骤如下：步骤1：设置近场ISAR成像基本参数目标散射点数：30；发射信号载频：19GHz；发射信号带宽:6GHz；距离频域采样点数：201；雷达天线成像俯仰视角:90度；雷达天线成像方位视角范围：（
‑5°
,5
°
）；方位视角采样点数：601；距离分辨率：2.5cm；方位分辨率4.5cm；雷达天线位置: (
‑
5m,0,0)；雷达天线与目标中心散射点之间的距离:5m。
[0015]步骤2：近场ISAR成像判别如果雷达天线与目标中心散射点之间的距离满足下式，则可认为ISAR成像满足近场ISAR成像条件：其中，为波长，为雷达天线到目标中心散射点的距离，D为目标的方位向尺寸。
[0016]本实施案例中，目标尺寸为，综合尺寸为1.23m，近场区域范围为小于7.36m，故仿真参数设为5m，满足近场ISAR成像条件。
[0017]步骤3：初始化图像数据矩阵，用于保存每个方位视角的成像结果数据大小，并将目标像素点位置坐标维度调整到与图像数据矩阵大小一致，即其中，201表示距离像素点数，601为方位像素点数，表示的零矩阵。
[0018]步骤4： 利用雷达天线接收采集方位视角所对应的目标后向电磁散射回波信号，可表示如下：其中，，称为波数域，f为雷本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：1）初始化图像数据矩阵，用于保存每个方位视角的成像结果数据大小；2）利用雷达天线接收采集方位视角所对应的目标后向电磁散射回波信号；3）将目标后向电磁散射回波信号和波数域相乘；4）沿波数域方向，对步骤3）的结果进行一维逆傅里叶变换处理，获取距离时域图像；5）计算目标上除中心散射点外任意散射点与雷达天线在当前视角下所对应距离；6）采用一维线性插值方法，获得距离时域图像像素点位置所对应的值；7）将与图像数据矩阵相加，得到当前视角下的成像结果；8) 重复2）到7）的步骤，计算雷达天线所有视角下的成像结果并进行叠加，得到最终的近场逆合成孔径雷达ISAR成像结果。2.如权利要求1所述的基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像方法，其特征在于，所述步骤1）中初始化图像数据矩阵，其中，M表示距离像素点数，N为方位像素点数，表示的零矩阵。3.如权利要求1所述的基于后向投影的高效近场大小尺寸目标ISAR成像...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄柏圣，陈小娇，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：