ISAR成像报告.docx
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1、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 模型的建立一. 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XOY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+0,参考距离为Rref=OO,对于目标坐标系中一等效散射中心P(x,y),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/Rref0且y/Rref0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。 二. 解线性调频处理分析与
2、回波信号建模1. “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Pkxk,yk,k=1,2,L,散射强度分别为k,k=1,2,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k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k=k-re
3、f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。2. 考虑目标脉内高速运动下的回波建模如果目标在单脉
4、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
5、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。一 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2152m/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K2152m/c,
6、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)二 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(fu,fv)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
7、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。 三 梯形支撑区下的成像 在小转角的条件下,即0,对式(2)的几何关系作进一步近似。 (21)式(13)变为(22)定义支撑域变换: (23)回波可写成与(20)式相同的形式,只不过这时候支撑区的形状变成一个梯形,如图5所示.图5 梯形支撑区梯形支撑区成像的好处在于不需要精确已知目标的速度就可以进行插值。插值的过程是校正越距
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