一种基于PPMF的脉内分时极化ISAR融合成像方法技术

本发明专利技术涉及逆合成孔径雷达成像信号处理技术，尤其涉及一种基于PPMF的脉内分时极化ISAR融合成像方法。通过本发明专利技术，将目标的极化特性与高分辨特性结合起来，充分融合各个极化通道获取的信息。对脉内分时极化雷达回波和一维像进行延时补偿，得到接近同时全极化数据的效果；基于互易性对各通道进行联合的平动补偿，实现精确匹配；最后通过PPMF利用极化信息对各极化通道一维距离像做极化域匹配滤波，融合得到高信噪比的一维距离像，获得补偿精度更高、聚焦性能更好的目标ISAR图像，本发明专利技术对促进宽带雷达目标识别向实用化、精细化方向发展起到重要作用。

An intra pulse time-sharing polarization ISAR fusion imaging method based on PPMF

The present invention relates to inverse synthetic aperture radar imaging signal processing technology, in particular to a PPMF-based intrapulse time-sharing polarization ISAR fusion imaging method. Through the invention, the polarization characteristics of the target are combined with the high resolution characteristics, and the information obtained by each polarization channel is fully integrated. Time delay compensation is used to compensate the echoes and 1-D images of intra-pulse time-sharing polarimetric radar, and the results are close to the simultaneous full polarimetric data. Based on reciprocity, the joint translation compensation is used to achieve accurate matching of the channels. Finally, the 1-D range profiles of each polarimetric channel are fused by PPMF to achieve high performance. One-dimensional range profile with signal-to-noise ratio can obtain ISAR images of targets with higher compensation precision and better focusing performance. The invention plays an important role in promoting the development of wideband radar target recognition towards practicality and refinement.

【技术实现步骤摘要】
一种基于PPMF的脉内分时极化ISAR融合成像方法
本专利技术涉及逆合成孔径雷达(InverseSyntheticApertureRadar,ISAR)成像信号处理技术，尤其涉及一种基于伪极化匹配滤波(PseudoPolarimetricMatchedFilter，PPMF)的脉内分时极化ISAR融合成像方法。
技术介绍
全极化ISAR成像技术建立在传统的单极化ISAR成像技术之上，其处理流程更加复杂、补偿过程更加精细。因此，在现代雷达的宽带高分辨趋势之下，研究和开发利用宽带雷达回波的极化信息，对于提高目标ISAR成像质量和目标识别效果有着巨大的潜力。目前，实际雷达装备还无法实现同时全极化的发射，大多脉冲雷达采用交替水平和垂直极化信号的方式实现脉间分时极化，但是由于脉冲重复间隔较大的原因，这种体制无法实现目标极化特性的准确描述。结合同时极化和脉间分时极化的优势，脉内分时极化测量模式得以在实际装备中进行应用。脉内分时极化测量方式下两个正交极化电磁波发射时延要小很多，通常为微秒级，在此较小的发射间隔，由于目标惰性，可以认为目标姿态变化很小，极化散射特性保持不变，显然，脉内分时极化雷达比传统脉间分时极化雷达能够更准确的测量目标的极化散射特性。此外，脉内分时极化测量雷达系统构造与脉间分时极化测量雷达一样，相比于同时极化测量雷达，系统构造更简单，造价更低。对全极化雷达各极化通道获得的回波数据进行融合处理，可以充分发挥全极化雷达的优势。但是，目前还没有文献针对脉内分时极化体制雷达的数据融合进行研究。
技术实现思路
针对上述技术中存在的问题，本专利技术提出一种基于PPMF的脉内分时极化ISAR融合成像方法。根据脉内分时极化雷达的特点，对回波和一维像进行时延的补偿，得到接近同时全极化数据的效果，采用各通道联合的运动补偿，实现精确匹配，最后通过PPMF提高一维像的信噪比，得到聚焦良好的ISAR图像。本专利技术采用的技术方案为：一种基于PPMF的脉内分时极化ISAR融合成像方法，该方法包括以下步骤：S1：数据分割处理。对水平接收通道和垂直接收通道的回波数据进行分割处理，得到各极化通道的回波数据。根据回波的脉冲宽度Tp、脉冲内极化子脉冲的脉宽Tp1、不同极化子脉冲间隔τd，确定数据分割的位置。以发射线性调频信号为例，不失一般性，设脉内分时极化雷达工作在水平和垂直正交极化基(H、V正交基)下，在一个脉冲周期内，先发射脉宽为Tp1的水平极化电磁波H，间隔τd之后发射同样参数的垂直极化电磁波V。接收时，两个正交极化接收通道同时接收目标散射回波，这样即在单个脉冲重复周期内完成了对目标的极化测量。每个极化接收通道里按照时间先后顺序分别是水平发射极化和垂直发射极化，因此可以根据接收到的数据采样长度来进行分割，前一半数据为发射水平极化的回波，后一半数据为发射垂直极化的回波。由此，便得到HH、HV、VH、VV四个极化接收通道的回波数据。雷达单个脉冲内发射信号可表示为：其中，分别表示雷达发射的水平极化和垂直极化电磁波，为快时间，tm＝mT为慢时间，m为脉冲序号，T为脉冲周期，为全时间，fc为信号载频，K为调频斜率，rect(·)表示矩形函数。假设目标有Q个散射点，其中第i个散射点到雷达的距离为Ri(t)，对应的极化散射系数表示发射极化方式b和接收极化方式a下的散射系数。由互易性原理可知：在单站、远场、互易性介质条件下，满足则H接收极化通道目标回波信号可表示为：c为电磁波在真空的传播速度。这样，脉内分时极化测量方式在一个脉冲周期内即可得到四个极化通道的目标回波，分别为S2：极化发射时延补偿。根据已知的发射时延τd对HV通道和VV通道回波包络进行极化发射时延补偿，对HV通道和VV通道粗补偿之后，回波为：S3：匹配滤波脉冲压缩。对各通道回波分别做匹配滤波得到一维距离像，匹配滤波器为：得到匹配滤波器的输出为：由此，便得到HH、HV、VH、VV四个极化接收通道的一维距离像。S4：包络时延补偿。由公式(10)和(12)可知，对HV通道和VV通道回波包络根据对发射时延τd进行极化发射补偿之后，在两个正交极化电磁波发射时延期间，目标运动引起目标到雷达的距离Ri(t)的变化同样会对HV通道和VV通道一维距离像的包络时延产生影响。因发射时延τd为μs级，在如此短的时间内，可以认为目标匀速运动，目标上各散射点到雷达的距离Ri(t)随时间的变化为线性，即Ri(t+τd)＝Ri(t)+vTranτd(13)vTran表示目标运动速度。由此得到HH和HV通道回波时延分别为：由公式(15)可知，目标运动造成的HV通道和VV通道一维距离像的包络时延差与目标运动速度vTran成正比，如果知道目标运动速度的一个估计值即可对其进行补偿。可以根据雷达窄带跟踪速度测量值对两个极化通道的一维像包络时延差2vTranτd/c进行补偿。经过包络时延补偿处理之后，HV通道和VV通道一维距离像为：S5：基于互易性的相位时延补偿。包络时延补偿之后，在互易性条件下有：由上式可知发射时延τd使得HV通道各次回波与VH通道各次回波相差一个固定相位项若直接提取各散射中心幅度和相位作为其极化散射矩阵，则会影响提取得到的散射中心不同极化通道散射系数的相位。注意到该相位项中只有目标运动速度vTran是未知量，若目标速度精确已知则可以对其完全补偿。对于非合作目标而言，速度估计精度通常达不到相位补偿要求。因此可以考虑根据互易性，利用HV通道和VH通道回波计算出该固定相位差：其中angle(·)为求相位算子。用求得的交叉极化通道相位差对HV通道和VV通道目标回波进行相位补偿，发射时延τd对HV通道和VV通道造成的固定相位差可以预处理为：相位时延补偿之后，最终得到各通道的一维距离像：由此，由发射时延引起的包络时延和固定相位差得到了精确的补偿，进而得到类似于同时全极化的一维像结果。S6：基于互易性的联合平动补偿。脉内分时极化雷达工作模式下，水平极化通道和垂直极化通道同时接收目标回波，这两个通道回波之间具有良好的相干性；而且，接收HH通道回波和VH通道回波时，目标相对于雷达的姿态变化完全一致。基于此，可以对HH通道和VH通道回波作联合平动补偿。同理，也可对HV通道回波和VV通道回波做联合平动补偿，为进一步的融合成像处理奠定基础。具体步骤如下：S6.1：HV通道的平动补偿：用加权积累互相关法对HV通道各次回波作包络对齐，得到各次回波平移量τHV(i)。用多普勒中心跟踪法对HV通道各次回波作初相校正，得到各次回波多普勒中心相位差S6.2：VH通道的平动补偿：基于互易性，以已对齐的HV通道一维距离像为基准，用加权积累互相关法对VH通道各次回波作包络对齐，得到各次回波平移量τVH(i)。用多普勒中心跟踪法对VH通道各次回波作初相校正，得到各次回波多普勒中心相位差S6.3：HH通道的平动补偿：HH通道回波和VH通道回波是目标对水平极化发射电磁波的散射回波，这两个通道回波是同时发射同时接收的，目标相对于雷达的运动、姿态变化完全一样，基于此，可以用VH通道各次回波平移量τVH(i)来对HH通道各次回波作包络对齐，用VH通道各次回波多普勒中心相位差来对HH通道各次回波作初相校正。S6.4：VV通道的平动补偿：VV通道回波和HV通道回波是本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于PPMF的脉内分时极化ISAR融合成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：数据分割处理：对水平接收通道和垂直接收通道的回波数据进行分割处理，得到各极化通道的回波数据；根据回波的脉冲宽度Tp、脉冲内极化子脉冲的脉宽Tp1、不同极化子脉冲间隔τd，确定数据分割的位置；以发射线性调频信号为例，不失一般性，设脉内分时极化雷达工作在水平垂直正交极化基和垂直正交极化基下，在一个脉冲周期内，先发射脉宽为Tp1的水平极化电磁波H，间隔τd之后发射同样参数的垂直极化电磁波V；接收时，两个正交极化接收通道同时接收目标散射回波，这样即在单个脉冲重复周期内完成了对目标的极化测量；每个极化接收通道里按照时间先后顺序分别是水平发射极化和垂直发射极化，因此可以根据接收到的数据采样长度来进行分割，前一半数据为发射水平极化的回波，后一半数据为发射垂直极化的回波；由此，便得到HH、HV、VH、VV四个极化接收通道的回波数据；雷达单个脉冲内发射信号可表示为：

【技术特征摘要】
1.一种基于PPMF的脉内分时极化ISAR融合成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：数据分割处理：对水平接收通道和垂直接收通道的回波数据进行分割处理，得到各极化通道的回波数据；根据回波的脉冲宽度Tp、脉冲内极化子脉冲的脉宽Tp1、不同极化子脉冲间隔τd，确定数据分割的位置；以发射线性调频信号为例，不失一般性，设脉内分时极化雷达工作在水平垂直正交极化基和垂直正交极化基下，在一个脉冲周期内，先发射脉宽为Tp1的水平极化电磁波H，间隔τd之后发射同样参数的垂直极化电磁波V；接收时，两个正交极化接收通道同时接收目标散射回波，这样即在单个脉冲重复周期内完成了对目标的极化测量；每个极化接收通道里按照时间先后顺序分别是水平发射极化和垂直发射极化，因此可以根据接收到的数据采样长度来进行分割，前一半数据为发射水平极化的回波，后一半数据为发射垂直极化的回波；由此，便得到HH、HV、VH、VV四个极化接收通道的回波数据；雷达单个脉冲内发射信号可表示为：其中，分别表示雷达发射的水平极化和垂直极化电磁波，为快时间，tm＝mT为慢时间，m为脉冲序号，T为脉冲周期，为全时间，fc为信号载频，K为调频斜率，rect(·)表示矩形函数；假设目标有Q个散射点，其中第i个散射点到雷达的距离为Ri(t)，对应的极化散射系数表示发射极化方式b和接收极化方式a下的散射系数；由互易性原理可知：在单站、远场、互易性介质条件下，满足则H接收极化通道目标回波信号可表示为：c为电磁波在真空的传播速度；这样，脉内分时极化测量方式在一个脉冲周期内即可得到四个极化通道的目标回波，分别为S2：极化发射时延补偿：根据已知的发射时延τd对HV通道和VV通道回波包络进行极化发射时延补偿，对HV通道和VV通道粗补偿之后，回波为：S3：匹配滤波脉冲压缩：对各通道回波分别做匹配滤波得到一维距离像，匹配滤波器为：得到匹配滤波器的输出为：由此，便得到HH、HV、VH、VV四个极化接收通道的一维距离像；S4：包络时延补偿：由公式(10)和(12)可知，对HV通道和VV通道回波包络根据对发射时延τd进行极化发射补偿之后，在两个正交极化电磁波发射时延期间，目标运动引起目标到雷达的距离Ri(t)的变化同样会对HV通道和VV通道一维距离像的包络时延产生影响；因发射时延τd为μs级，在如此短的时间内，可以认为目标匀速运动，目标上各散射点到雷达的距离Ri(t)随时间的变化为线性，即Ri(t+τd)＝Ri(t)+vTranτd(13)vTran表示目标运动速度；由此得到HH和HV通道回波时延分别为：由公式(15)可知，目标运动造成的HV通道和VV通道一维距离像的包络时延差与目标运动速度vTran成正比，如果知道目标运动速度的一个估计值即可对其进行补偿；可以根据雷达窄带跟踪速度测量值对两个极化通道的一维像包络时延差2vTranτd/c进行补偿；经过包络时延补偿处理之后，HV通道和VV通道一维距离像为：S5：基于互易性的相位时延补偿：包络时延补偿之后，在互易性条件下有：由上式可知发射时延τd使得HV通道各次回波与VH通道各次回波相差一个固定相位项若直接提取各散射中心幅度和相位作为其极化散射矩阵，则会影响提取得到的散射中心不同极化通道散射系数的相位；注意到该相位项中只有目标运动速度vTran是未知量，若目标速度精确已知则可以对其完全补偿；对于非合作目标而言，速度估计精度通常达不到相位补偿要求；因此可以考虑根据互易性，利用HV通道和VH通道回波计算出该固定相位差：其中angle(·)为求相位算子；用求得的交叉极化通道相位差对HV通道和VV通道目标回波进行相位补偿，发射时延τd对HV通道和VV通道造成的固定相位差可以预处理为：相位时延补偿之后，最终得到各通道的一维距离像：由此，由发射时延引起的包络时延和固定相位差得到了精确的补偿，进而得到类似于同时全极化的一维像结果；S6：基于互易性的联合平动补偿：脉内分时极化雷达工作模式下，水平极化通道和垂直极化通道同时接收目标回波，这两个通道回波之间具有良好的相干性；而且，接收HH通道回波和VH通道回波时，目标相对于雷达的姿态变化完全一致；基于此，可以对HH通道和VH通道回波作联合平动补偿；同理，也可对HV通道回波和VV通道回波做联合平动补偿，为进一...

【专利技术属性】
技术研发人员：田彪，刘永祥，黎湘，霍凯，姜卫东，卢哲俊，张双辉，张新禹，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43