ISAR成像报告.docx

《合成孔径雷达成像》课程作业(4)ISAR成像与运动补偿姓名：张弛学号：17040057第一章仿真条件和要求第二章模型的建立坐标系与几何关系建模图1场景建模关系图如图1所示建立全局坐标系X'O'Y'和目标本地坐标系XOY设某时刻雷达视线方向与y’方向夹角为θ+φ0参考距离为Rref=OO'对于目标坐标系中一等效散射中心P(xy)其到单基雷达的距离可以表示为(1)在目标尺寸远小于参考距离的假设下即x/Rref→0且y/Rref→0时P到雷达的距离与参考距离之差可近似计算为：(2)在仿真实验所限定的参数条件下近似条件是可以满足的在后文中我们将沿用这个几何关系。解线性调频处理分析与回波信号建模“停走停”模型下的目标回波建模发射信号为一个线性调频信号形式如下：(3)假设目标上有L个等效散射中心在目标本地坐标系中的坐标为Pkxkykk=12…L散射强度分别为σkk=12…L在本节的分析中暂时先不考虑目标高速运动带来的脉内多普勒效应。回波可以表示如下：(4)其中τk是第k个散射中心的回波时延.将参考距离设定在目标本地坐标系的原点O那么参考信号为：(5)其中参考信号的时间宽度T比接收信号总时宽略长保证所有散射点的回波都能被解线性调频。解线性调频的过程可以等效视作(4)与(5)的共轭相乘化简后得到解线性调频之后的中频回波信号为：(6)其中τ∆k=τk-τref是第k个散射中心的相对回波时延改变快时间的零时刻点令得到中频回波为(7)傅里叶变换后得到一维距离像：(8)其中的RVP项和斜置项相位为(9)它们对一维成像不会造成影响但会影响二维成像时方位向的聚焦补偿因子设计为：(10)补偿后距离像变为(11)再经过逆变换后得到(12)利用第一节得到的几何关系得到(13)(13)式反映出回波信号实际上是对目标散射分布的某个二维频域采样通过适当的映射并结合插值处理得到该二维频域的均匀采样再通过二维逆傅里叶变换就能够得到目标的ISAR图像这是后面仿真相应的ISAR成像处理算法的基础。考虑目标脉内高速运动下的回波建模如果目标在单脉冲时间内的径向移动达到了波长量级则目标的脉内多普勒是不能够被忽略的。假设目标的径向移动速度为v这时接收信号与参考信号共轭相乘后的相位项为：(14)其中的前三项与不考虑脉冲高速运动的情况一致中间两项是ts的一次项会造成距离像峰值位置的移动可以当做是参考距离的抖动误差在包络对齐中得以补偿。最后两项二次项对成像不利必须加以补偿。因此需要在傅里叶变换之前乘以二次项补偿因子：(15)当然这里的补偿必须比较精确地已知目标的径向速度下面图2是综合前述的解线性调频的处理流程图。图2解线性调频处理流程第三章理想条件下的成像算法与仿真在本节中将对回波进行仿真并分别在玦形、梯形、矩形支撑区下经行成像。为了简化步骤仿真回波时暂时不考虑目标在脉冲内的移动采用第二章的“停走停”模型。回波仿真本节对回波的仿真是理想条件下的仿真主要有以下两点：其一不考虑目标在单脉冲时间内的移动即采用“停走停”模型；其二认为雷达系统所获取的参考距离就是目标中心到雷达的距离没有任何偏差；接收波门与采样率的设计：在理想情况下各个散射中心相对理想参考距离（雷达到目标区域中心）的最大时延为2×152m/c考虑到信号的时宽为了使得所有散射中心的回波都被完全接收到将接收波门设置在参考时延左右一个范围如下式(16)(16)考虑到各散射中心回波在解线性调频后的可能的最大频率为K×2×152m/c设置1.2倍的过采样率设计采样率为135.76MHz.下图3左图是经过解线性调频之后的时域波形右图是脉压之后的一维距离像.图3时域波形图（左：脉压前右：脉压后）玦形支撑区下的成像考虑式(13)：(17)定义坐标变换：(18)定义支撑域变换：(19)(17)式变为：(20)其中A(fufv)为新的支撑区画出如图4所示.图4玦形支撑区由于采样点在映射后不再均匀分布需要进行插值处理通常采用二维的sinc插值具体实现时先对距离维数据插值再对方向维数据插值。由于需要精确知道每一个脉冲所对应的角度因此插值过程中需要用到目标的运动信息所以尽管玦形支撑区的成像效果比较好但它仅是一种理想的情况。另外需要注意的是目标坐标系的变换（(18)式）导致了所成图像的变化这时的距离向变成了天线转角中心（10°）所指向的那个方向方位向则与之垂直。因此所成的ISAR图像会相较于x-y坐标系中看到的旋转一个角度在下一节的图6中给出了理论计算的理想成像位置。梯形支撑区下的成像在小转角的条件下即θ→0对式(2)的几何关系作进一步近似。