高级搜索

一种微波光子雷达ISAR成像新方法

杨利超 邢孟道 孙光才 王安乐 盛佳恋

引用本文: 杨利超, 邢孟道, 孙光才, 王安乐, 盛佳恋. 一种微波光子雷达ISAR成像新方法[J]. 电子与信息学报, 2019, 41(6): 1271-1279. doi: 10.11999/JEIT180661 shu
Citation:  Lichao YANG, Mengdao XING, Guangcai SUN, Anle WANG, Jialian SHENG. A Novel ISAR Imaging Algorithm for Microwave Photonics Radar[J]. Journal of Electronics and Information Technology, 2019, 41(6): 1271-1279. doi: 10.11999/JEIT180661 shu

一种微波光子雷达ISAR成像新方法

    作者简介: 杨利超: 男,1993年生,博士,研究方向为逆合成孔径雷达成像;
    邢孟道: 男,1975年生,教授,研究方向为雷达探测、雷达成像、运动目标检测成像;
    孙光才: 男,1984年生,副教授,研究方向为新体制雷达成像、运动目标检测成像;
    通讯作者: 杨利超, ylc9310@163.com
  • 基金项目: 国家自然科学基金创新群体基金号(61621005),上海市自然科学基金资助项目(17ZR1428700)

摘要: 微波光子雷达发射信号带宽大、波长短,能够实现分辨率更高的逆合成孔径雷达(ISAR)成像。但带宽大、波长小的回波信号也导致传统成像算法对目标转动分量的近似不成立,使得传统算法无法应用。在微波光子雷达成像中,目标转动分量在回波包络中形成空变的距离弯曲项,在方位相位中形成空变的2次相位误差,导致ISAR图像散焦。该文针对微波光子雷达系统提出一种新的ISAR成像算法,该算法同时考虑了目标转动分量对回波包络和相位的影响,以包络相关值为目标函数值迭代估计目标转速,根据转速估计值,在距离向进行重采样对齐包络,在方位向构造空变的方位补偿函数校正转动相位。仿真和实测数据的处理结果证明了该算法的有效性。

English

    1. [1]

      保铮, 邢孟道, 王彤. 雷达成像技术[M]. 北京: 电子工业出版社, 2005: 6–70.
      BAO Zheng, XING Mengdao, and WANG Tong. Radar Imaging Techniques[M]. Beijing: Publishing House of Electronic Industry, 2005: 6–70.

    2. [2]

      田跃龙, 刘志国. 微波光子雷达技术综述[J]. 电子科技, 2017, 30(5): 193–198. doi: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.05.052
      TIAN Yuelong and LIU Zhiguo. A review of photonics-based radar techniques[J]. Electronic Science and Technology, 2017, 30(5): 193–198. doi: 10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.05.052

    3. [3]

      PÉREZ D, GASULLA I, CAPMANY J, et al. Integrated microwave photonics: the quest for the universal programmable processor[C]. Proceedings of 2016 IEEE Photonics Society Summer Topical Meeting Series, Newport Beach, USA, 2016: 144–145.

    4. [4]

      WU Tingwei, ZHANG Chongfu, ZHOU Heng, et al. Photonic microwave waveforms generation based on frequency and time-domain synthesis[J]. IEEE Access, 2018, 6: 34372–34379. doi: 10.1109/ACCESS.2018.2842250

    5. [5]

      GRODENSKY D, KRAVITZ D, and ZADOK A. Ultra-wideband microwave-photonic noise radar based on optical waveform generation[J]. IEEE Photonics Technology Letters, 2012, 24(10): 839–841. doi: 10.1109/LPT.2012.2188889

    6. [6]

      XIAO Xuedi, LI Shangyuan, CHEN Boyu, et al. A microwave photonics-based inverse synthetic aperture radar system[C]. Proceedings of 2017 Conference on Lasers and Electro-Optics, San Jose, USA, 2017: 1–2.

    7. [7]

      GUO Qingshui, ZHANG Fangzheng, WANG Ziqian, et al. High-resolution and real-time inverse synthetic aperture imaging based on a broadband microwave photonic radar[C]. Proceedings of 2017 International Topical Meeting on Microwave Photonics, Beijing, China, 2017: 1–3.

    8. [8]

      CHEN C C and ANDREWS H C. Target-motion-induced radar imaging[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 1980, AES-16(1): 2–14. doi: 10.1109/TAES.1980.308873

    9. [9]

      ZHU Daiyin, WANG Ling, YU Yusheng, et al. Robust ISAR range alignment via minimizing the entropy of the average range profile[J]. IEEE Geoscience and Remote Sensing Letters, 2009, 6(2): 204–208. doi: 10.1109/LGRS.2008.2010562

    10. [10]

      徐刚, 杨磊, 张磊, 等. 一种加权最小熵的ISAR自聚焦算法[J]. 电子与信息学报, 2011, 33(8): 1809–1815. doi: 10.3724/SP.J.1146.2010.01153
      XU Gang, YANG Lei, ZHANG Lei, et al. Weighted minimum entropy autofocus algorithm for ISAR imaging[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2011, 33(8): 1809–1815. doi: 10.3724/SP.J.1146.2010.01153

    11. [11]

      符吉祥, 孙光才, 邢孟道. 一种大转角ISAR两维自聚焦平动补偿方法[J]. 电子与信息学报, 2017, 39(12): 2889–2898. doi: 10.11999/JEIT170303
      FU Jixiang, SUN Guangcai, and XING Mengdao. A two dimensional autofocus translation compensation method for wide-angle ISAR imaging[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2017, 39(12): 2889–2898. doi: 10.11999/JEIT170303

    12. [12]

      盛佳恋. ISAR高分辨成像和参数估计算法研究[D]. [博士论文], 西安电子科技大学, 2016: 61–76.
      SHENG Jialian. Study on ISAR high resolution imaging and parameter estimation techniques[D]. [Ph.D. dissertation], Xidian University, 2016: 61–76.

    13. [13]

      MARTORELLA M. Novel approach for ISAR image cross-range scaling[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2008, 44(1): 281–294. doi: 10.1109/TAES.2008.4517004

    14. [14]

      王勇, 姜义成. 一种估计ISAR成像转角的新方法[J]. 电子与信息学报, 2007, 29(3): 521–523.
      WANG Yong and JIANG Yicheng. A new method for estimating the rotation angle of ISAR image[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2007, 29(3): 521–523.

    15. [15]

      张昆帆, 裴喜龙, 党同心, 等. 基于频谱包络自相关的ISAR转角估计方法[J]. 系统工程与电子技术, 2014, 36(8): 1511–1516. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2014.08.11
      ZHANG Kunfan, PEI Xilong, DANG Tongxin, et al. Estimating method for the rotation angle of ISAR image based on spectral envelope correlation[J]. Systems Engineering and Electronics, 2014, 36(8): 1511–1516. doi: 10.3969/j.issn.1001-506X.2014.08.11

    16. [16]

      SHENG Jialian, DUAN Jia, XING Mengdao, et al. Cross-range scaling combining motion compensation for ISAR imaging[C]. Proceedings of IET International Radar Conference 2013, Xi’an, China, 2013: 1–6.

    17. [17]

      陈倩倩, 徐刚, 李亚超, 等. 短孔径ISAR方位定标[J]. 电子与信息学报, 2013, 35(8): 1854–1861. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.01252
      CHEN Qianqian, XU Gang, LI Yachao, et al. Cross-range scaling for ISAR with short aperture data[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2013, 35(8): 1854–1861. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.01252

    18. [18]

      何兴宇, 童宁宁, 贺吉峰. 基于成像序列的弹道目标ISAR图像横向定标[J]. 激光与红外, 2014, 44(12): 1374–1378. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2014.12.017
      HE Xingyu, TONG Ningning, and HE Jifeng. Cross-range scaling of ISAR imaging for ballistic target based on image sequence[J]. Laser &Infrared, 2014, 44(12): 1374–1378. doi: 10.3969/j.issn.1001-5078.2014.12.017

    19. [19]

      KIM M, WU Guorong, YAP P T, et al. A general fast registration framework by learning deformation-appearance correlation[J]. IEEE Transactions on Image Processing, 2012, 21(4): 1823–1833. doi: 10.1109/TIP.2011.2170698

    20. [20]

      许志伟, 张磊, 邢孟道. 基于特征配准的ISAR图像方位定标方法[J]. 电子与信息学报, 2014, 36(9): 2173–2179. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01590
      XU Zhiwei, ZHANG Lei, and XING Mengdao. A novel cross-range scaling algorithm for ISAR images based on feature registration[J]. Journal of Electronics &Information Technology, 2014, 36(9): 2173–2179. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01590

    21. [21]

      LI Y, WU R, XING M, et al. Inverse synthetic aperture radar imaging of ship target with complex motion[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2008, 2(6): 395–403. doi: 10.1049/iet-rsn:20070101

    1. [1]

      俞道滨吴彦鸿王宏艳贾鑫. 对逆合成孔径雷达的多相位分段调制干扰方法研究. 电子与信息学报, 2017, 39(2): 423-429. doi: 10.11999/JEIT160397

    2. [2]

      黄小红文贡坚. L波段雷达电离层高速运动目标ISAR成像补偿方法. 电子与信息学报, 2015, 37(12): 2971-2976. doi: 10.11999/JEIT150646

    3. [3]

      陈倩倩徐刚李亚超邢孟道保铮. 短孔径ISAR方位定标. 电子与信息学报, 2013, 35(8): 1854-1861. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.01252

    4. [4]

      李东张成祥赵迪谭晓衡周喜川占木杨. 基于伪逆极坐标傅里叶变换的快速ISAR方位定标. 电子与信息学报, 2019, 41(2): 262-269. doi: 10.11999/JEIT180299

    5. [5]

      陈潇翔邢孟道孙光才景国彬. 一种超宽带10 GHz微波光子雷达包络与相位联合运动误差估计方法. 电子与信息学报, 2019, 41(5): 1069-1076. doi: 10.11999/JEIT180563

    6. [6]

      陈刚顾红苏卫民邵华. 空时不等效对MIMO雷达采用ISAR技术成像影响的分析. 电子与信息学报, 2013, 35(8): 1806-1812. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.01507

    7. [7]

      邵长宇杜兰韩勋刘宏伟. 基于极化散射特性的空间锥体目标宽带回波对齐. 电子与信息学报, 2016, 38(2): 434-441. doi: 10.11999/JEIT150316

    8. [8]

      刘鑫阁邢孟道孙光才. 一种高精度的ISAR转动补偿和方位定标方法. 电子与信息学报, 2018, 40(9): 2250-2257. doi: 10.11999/JEIT171209

    9. [9]

      邵帅张磊刘宏伟. 一种基于图像最大对比度的联合ISAR方位定标和相位自聚焦算法. 电子与信息学报, 2019, 41(4): 779-786. doi: 10.11999/JEIT180521

    10. [10]

      许志伟张磊邢孟道. 基于特征配准的ISAR图像方位定标方法. 电子与信息学报, 2014, 36(9): 2173-2179. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01590

    11. [11]

      贺思三赵会宁张永顺. 匀加速转动目标转动参数联合估计. 电子与信息学报, 2014, 36(9): 2187-2193. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01486

    12. [12]

      陈刚顾红苏卫民王桁. MIMO-ISAR匀加速旋转目标运动参数估计及性能分析. 电子与信息学报, 2014, 36(8): 1919-1925. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01450

    13. [13]

      史林郭宝锋马俊涛尚朝轩解辉曾慧燕. 基于图像旋转相关的空间目标ISAR等效旋转中心估计算法. 电子与信息学报, 2019, 41(6): 1280-1286. doi: 10.11999/JEIT181086

    14. [14]

      彭石宝许稼向家彬彭应宁. 基于相位线性度的ISAR非平稳目标成像时间选择新算法. 电子与信息学报, 2010, 32(12): 2795-2801. doi: 10.3724/SP.J.1146.2010.00158

    15. [15]

      王芳盛卫星马晓峰王昊. 基于Gabor幅值特征和相位特征相融合的ISAR像目标识别. 电子与信息学报, 2013, 35(8): 1813-1819. doi: 10.3724/SP.J.1146.2012.01500

    16. [16]

      杨建超苏卫民顾红. 基于二维频率估计的MIMO-ISAR空时二维回波重排方法. 电子与信息学报, 2014, 36(9): 2180-2186. doi: 10.3724/SP.J.1146.2013.01558

    17. [17]

      吕倩苏涛. 基于改进型快速双线性参数估计的复杂运动目标ISAR成像. 电子与信息学报, 2016, 38(9): 2301-2308. doi: 10.11999/JEIT151359

    18. [18]

      孟宪德曹志道宿富林. 逆合成孔径雷达的系统补偿. 电子与信息学报, 1992, 14(3): 320-324 .

    19. [19]

      刘长江胡程曾涛周超. 一种基于相位补偿的前向散射阴影逆合成孔径雷达快速成像方法. 电子与信息学报, 2015, 37(10): 2294-2299. doi: 10.11999/JEIT141576

    20. [20]

      陈学红陈宗骘. 运动目标逆合成孔径雷达成象. 电子与信息学报, 1989, 11(6): 584-589 .

  • 图 1  目标运动示意图

    图 2  距离徙动与相位误差分析

    图 3  算法流程图

    图 4  传统方法包络对齐结果

    图 5  本文算法包络对齐仿真结果

    图 6  传统算法成像仿真结果

    图 7  本文算法成像仿真结果

    图 8  传统算法包络对齐实测结果

    图 9  本文算法包络对齐实测结果

    图 10  传统RD算法成像实测结果

    图 11  本文算法成像实测结果

    表 1  不同频段雷达成像误差分析

    信号频段发射带宽(GHz)中心频率(GHz)距离分辨率(m)$\Delta R$(m)$\Delta P$(rad)
    L波段0.31.50.5000.63
    C波段0.56.00.3000.612
    X波段1.010.00.1500.620
    微波光子10.035.00.0150.670
    下载: 导出CSV

    表 2  仿真数据参数

    信号带宽载频脉冲宽度脉冲重复频率采样率参考斜距目标速度观测时间
    10 GHz35 GHz150 μs6000 Hz500 MHz750 m83 m/s1.33 s
    下载: 导出CSV

    表 3  实测数据参数

    信号带宽载频脉冲宽度数据采样率脉冲重复频率观测时间
    10 GHzKa波段150 μs500 MHz6670 Hz1.2 s
    下载: 导出CSV
  • 加载中
图(11)表(3)
计量
  • PDF下载量:  27
  • 文章访问数:  193
  • HTML全文浏览量:  119
  • 引证文献数: 0
文章相关
  • 通讯作者:  杨利超, ylc9310@163.com
  • 收稿日期:  2018-07-04
  • 录用日期:  2019-01-10
  • 网络出版日期:  2019-01-30
  • 刊出日期:  2019-06-01
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章