一种快速生成与模拟ISAR回波数据的方法技术

本发明专利技术提供了一种快速生成与模拟ISAR回波数据的方法，包括：将所有待模拟目标的散射中心参数、时间序列参数、频谱序列参数读入并寄存至寄存器中；通过并行的运算模块并行读取寄存器参数，完成不同散射中心回波数据计算，从频域快速生成已完成包络去斜置处理和残余视频相位校正处理的ISAR解线调回波数据，并将不同散射中心回波数据求和并输出至RAM存储器端口。本发明专利技术一次性统一在频域实现解线调操作、包络去斜置处理、残余视频相位校正等关键计算与模拟过程，通过唯一可分的频率信息并行计算成千上万目标散射中心回波数据，大大提高了ISAR回波数据生成与模拟的速度，满足实时性较高的仿真模拟需求，同时大大简化了回波模拟过程和模拟器的硬件系统结构。

【技术实现步骤摘要】
一种快速生成与模拟ISAR回波数据的方法
本专利技术涉及雷达系统建模与(半实物/实物)模拟仿真
，同时还属于信号处理领域，尤其涉及一种快速生成与模拟ISAR回波数据的方法。
技术介绍
逆合成孔径雷达(InverseSyntheticApertureRadar,ISAR)在空间态势感知、防空反导和民航管制等军事和民用中发挥着重要的作用，国外已研制了地基、岸基、海基和机载等多平台的ISAR系统。其中，美国和德国的ISAR系统最具有代表性。1970年，在DARPA批准下,美国MIT林肯实验室在夸贾林环礁上建造完成并投入使用了第一部远距离髙性能宽带成像雷达ALCOR，雷达工作在C波段，带宽为512MHz，距离分辨率为50厘米，同年中国发射东方红卫星时，该雷达曾经通过对助推火箭一维距离像序列的分析推算出其尺寸信息。1973年，ALCOR曾对Skylab卫星进行观测成像，并帮助NASA分析该卫星的损坏程度，便于该卫星的后续维修。由于ALCOR天线尺寸相对较小，仅能对低轨道空间目标进行观测和成像。1978年，林肯实验室对上世纪60年代建造的Haystack雷达进行了升级，工作频段上升为X波段，带宽达到1GHz，距离分辨率为25厘米，可对约36000公里外的地球同步轨道卫星目标进行观测和成像。之后为了适应对微小卫星目标的高分辨率观测，林肯实验室又对Haystack雷达进行了升级，使之具备W波段(92GHZ-100GHZ)的工作能力，带宽达到8GHz，该雷达因而被称为超宽带卫星成像雷达(HaystackUltrawidebandSatelliteImagingRadar,HUSIR)。由上述美国林肯实验室的ISAR雷达系统发展史可看出，ALCOR、Haystack辅助雷达、MMW雷达和HUSIR系统的带宽逐步增大，分辨率逐步増高,雷达载频也呈上升趋势。可以更直观地展现出大带宽与高分辨率可获得更强的目标识别与描述能力。因此，高频、大带宽和高分辨率是ISAR系统及功能发展的趋势。德国高频物理和雷达技术研究所的跟踪和成像雷达(TrackingAndImagingRadar,TIRA)是另一个比较著名的地基ISAR系统，该雷达工作于L波段时，为窄带脉冲跟踪雷达；工作在Ku波段时用来进行成像，目前带宽己达到2.1GHz。通过ISAR成像结果，可得到空间目标的运动参数、形状、尺寸、质量和材料特性等特征，从而提高雷达的空间态势感知能力。俄罗斯、加拿大和日本等国家也都拥有自己的ISAR系统。如俄罗斯着手建立的航天监视系统(SpaceSurveillanceSystem，SSS)和空间碎片雷达探测网，日本京都大学的MUF(MiddleandUpperAtmosphere)雷达、宇航研究所的Uchinoura雷达和Usuda雷达等均可用来对空间目标进行观测。除了地基ISAR系统，美国弹道导弹防御体系中的岸基CobraDane和舰载CobraJudy雷达系统，两部雷达均由雷声公司建造，林肯实验室负责技术支持和后期的数据处理，CobraJudy则由一个相控阵S波段雷达和抛物面天线X波段雷达组成。林肯实验室于1999年研制完成了陆海两用的CobraGemini可移动雷达，主要用来对战术弹道导弹进行跟踪和观测。除了上述地基和海基的ISAR系统，法国和德国联合研究的机载OceanMaster400雷达，美国雷声公司为美国海军研制的AN/APS-137B(V)5系统，美国电传公司研制的AN/APS-147监视雷达与机载多模监视雷达装置APS-143B(V)3"大洋眼"，以及美国洛克希德.马丁公司研制的ALQ-147多功能雷达等均具有ISAR成像功能。还有美国F-35和F-22等第四代战斗机中装备的AN/APG-77，AN/APG-79和AN/APG-81FF等也可对空中目标进行ISAR成像，并具备一定的非合作目标识别能力。ISAR不仅能够获得目标的一维、二维和三维高分辨率成像结果，还可利用图像定标、解译与识别等处理获得目标的尺寸和结构等丰富的特征信息，在空向态势感知、防空反导和民航管制等军事和民用领域中发挥着重要的作用。当前ISAR成像硬件设备和基础理论方面的研究已趋成熟，但实测数据资源宝贵，军事应用的背景强，大大限制了其实测数据在目标识别工作中的应用范围。针对这一问题，基于雷达回波模拟器的ISAR回波生成与模拟技术应运而生，并取得了很大的进展。当前，各种基于软件、实物或半实物的模拟器层出不穷，大大缓解了ISAR实测数据资源宝贵，军事背景强，不便于推广应用的难题。但是随着目标越来越复杂，ISAR成像的分辨率越来越高，信号带宽越来越大，传统的宽带ISAR回波模拟也面临着很大的挑战。ISAR图像的距离分辨率与雷达发射信号的带宽有关，发射信号带宽越大，ISAR图像的距离分辨率越高。ISAR的工作频段越高，波长越短，在同样的目标观测转角条件下，ISAR成像的方位分辨率就越高。同时，ISAR的工作频段越髙，其对目标的纹理信息描述能力也更强，更利于识别观测目标。因此，研制更髙工作频段和更大信号带宽的ISAR系统是技术发展的主要趋势。目前国外己有W频段ISAR甚至THz频段ISAR的相关报道。如林肯实验室建造的HUSIR系统工作在W波段，带宽达到8GHz，可获得观测目标的精细成像结果，具有很强的目标解译和识别能力。THz频段介于微波和远红外频段之间，在电磁频谱中更接近于光学，因而，其ISAR成像结果更接近于光学图像效果,目标的细节等纹理特征更加丰富。同时，THz频段ISAR又具有微波频段全天时、全天候工作的能为，在反隐身和微动目标探测等方面也具有巨大的应用潜力。但是，相对于传统的低波段ISAR，高频段ISAR的发展也面临着一些问题。首先，更高的工作频段意味着雷达对运动补偿的精度要求更高，对目标的运动和相位误差更为敏感，传统的基于低频段的成像算法将不能直接应用于高频段ISAR成像之中。其次，由于高频段ISAR，特别是THz雷达受到当前器件水平的约束，其发射信号与收发信道存在较大的非线性相位误差，将影响目标回波的距离压缩处理和方位维的相干性，进而降低ISAR成像的质量。因此，针对高频段ISAR成像情况，有必要研究精确有效的相位误差补偿算法，提升高波段ISAR的高分辨率成像能力。随着当前世界各国太空开发的热潮和卫星、临界空间飞行器等空间平台制造技术的飞速发展，空间目标的数量和种类逐年增加，而其尺寸则越来越小。对于部分卫星解体、失效和碰撞等原因造成的空间碎片目标，亟需对它们进行编目和有效的管理，以避免对在轨空间目标造成威胁。同时,随着小型无人器的大量应用,对低空的飞行安全造成了严重的影响，需要对该类小型无人器进行探测和管理。由于上述的小尺寸弱目标的空间目标后向散射系数雷达散射截面积极小，而且，ISAR的波段比较宽、作用距离较远，并需要考虑到电磁传播环境的调制影响，这样在一定的发射功率条件下，该类目标回波的信噪比较低，将对现有的ISAR平动补偿与成像算法提出挑战。因此，针对低信噪比下ISAR成像算法的研究是当前ISAR成像领域的一个研究热点和难点问题。并且，该问题的研究将提升雷达对弱小目标的检测与成像能力，进而提高ISAR的态势感知能力。上述技术需求和最本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种快速生成与模拟ISAR回波数据的方法，其特征在于，包括：将所有待模拟目标的散射中心参数、时间序列参数、频谱序列参数读入并寄存至寄存器中；通过并行的运算模块并行读取寄存器参数，完成不同散射中心回波数据计算，从频域快速生成已完成包络去斜置处理和残余视频相位校正处理的ISAR解线调回波数据，并将不同散射中心回波数据求和并输出至RAM存储器端口。

【技术特征摘要】
1.一种快速生成与模拟ISAR回波数据的方法，其特征在于，包括：将所有待模拟目标的散射中心参数、时间序列参数、频谱序列参数读入并寄存至寄存器中；通过并行的运算模块并行读取寄存器参数，完成不同散射中心回波数据计算，从频域快速生成已完成包络去斜置处理和残余视频相位校正处理的ISAR解线调回波数据，并将不同散射中心回波数据求和并输出至RAM存储器端口。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述将所有待模拟目标的散射中心参数、时间序列参数、频谱序列参数读入并寄存至寄存器中的步骤包括：步骤一、将所有待模拟目标的散射中心参数读入并寄存至寄存器中：根据待模拟的复杂目标的散射点距离信息Rt以及解线调参考信号参考距离信息Rref，确定散射点解线调后对应的频率参数:以及对应的回波延时：其中，γ为雷达所发射的线性调频信号的调频斜率，c为自由空间电磁波传播速度，即光速。步骤二、将所有待模拟目标的回波采样时间序列参数读入并寄存至寄存器中：根据采样频率fs，以及目标对应的回波录取窗口起始时刻Ts以及终止时刻Tf，确定采样时间序列步骤三、将所有待模拟目标的频谱序列参数读入并寄存至寄存器中：对应的频谱采样序列：其中，总的采样点数为Ns，其值与回波采样时间序列长度相同。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，通过运算模块并行读取寄存器参数，完成不同散射中心回波...

【专利技术属性】
技术研发人员：尹灿斌，李智，徐灿，方宇强，林财永，许洁平，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：北京,11