1 引言
岸防雷达是现代海岸防御系统的重要组成部分，也是关键的海域监视设备。岸防雷达性能的优劣，对现代海战的影响很大，它的主要任务是识别舰船类型和数量。本文提出了通过采用调频步进信号对目标进行高分辨一维距离成像；假设海面舰船作匀速转动，提出了采用常规离散傅立叶变换完成目标方位向成像处理，从而实现对目标的二维成像，给出目标的形状信息，对目标进行分类识别。
2 ISAR成像原理
逆合成孔径雷达（ISAR）的原理是雷达不动，目标相对雷达移动，目标在雷达电波的作用下产生后向散射的电波，即雷达回波。严格计算雷达回波是很复杂的，当目标的尺寸远大于雷达波长时，目标就可以用分布在目标表面的一系列散射点表示各处对电波后向散射的强度。在散射点模型假设条件下，目标的回波可视为它的众多散射点子回波的和。本文主要通过分析海面目标的特点，结合某型号岸防雷达现有的硬件平台提出了采用调频步进信号实现对海上舰船成像。首先利用线性调频步进信号合成大带宽的优势得到目标的一维距离像，然后将各次回波包络对齐，在方位上进行自聚焦，即利用转台模型进行运动补偿，由时频分析的结果对数据进行处理，最后得到目标的二维像。
3 ISAR成像方法
本文将海面目标二维成像分为距离向成像和方位向成像来讨论。
3.1距离向成像
ISAR的距离维分辨力由宽带波形得到。对于调频步进波形，视频回波可分解为两部分；一部分是Q个点构成的chirp子回波；另一部分是由频率步进个数m带来的载频跳变的相位变化。因此，可以将信号处理分为两个步骤：先进行chirp脉冲压缩，获得调频的窄脉冲序列；再进行PRI之间的合成高分辨处理。Chirp子脉冲的调频带宽决定了粗分辨精度，用于目标参考点的距离检测和补偿，而目标像的距离维分辨力则由调频带宽的综合决定。
调频步进波形ISAR的距离维分辨力为：
其中
是光速；
是跳频步进量；
是跳频个数。
3.2方位向成像
本文采用距离多普勒原理来解释横向高分辨率形成的机理，这样更便于讨论成像信号处理。目标与雷达之间的相对运动，可分解为两个分量，一个是目标相对于雷达的平动，另一个是目标相对于雷达视线的转动。在这两个运动分量中，只有转动才对成像有贡献。而平动是有害的，它的影响在成像过程中必须从雷达回波信号中消除，这叫做运动补偿。经过运动补偿，ISAR成像就转化为转台成像。下面结合转台成像来解释距离多普勒成像的原理。
从以上分析可知，横向分辨力主要靠多普勒效应，如图1所示。当目标以顺时针方向转动时，位于转台纵轴左侧的多普勒为负，右侧为正。设目标以O点为中心顺时针旋转，A、B是在方位向上不同的两点，在观测期间内，目标转过的角度为
，即A点到达了A’点，B点到达了B’点，两点分别走过的距离为s1和s2。由于在转动过程中两点走过的纵向距离不同，因此在回波产生的多普勒频率也不同。每次回波相当于对这些多普勒频率的一次采样，因此通过回波的相参积累处理后，便可分辨出不同的多普勒频率，从而分辨出横向各点。
以A点为例，设A、O两点之间的距离为
，则A点走过的纵向距离为
，推广到目标上任一散射点可得到
，其中
为散射点的纵向速度，
为目标转动的角速度。由于
，因此目标的横向分辨率为
。实际能达到的多普勒频率是由相干积累时间T决定的，所以横向分辨力
。如果在观测过程中共接收N次回波，其总的转角用
表示，则有距离多普勒成像的横向分辨率
。
图1 ISAR成像模型
3.3 具体成像步骤
调频步进信号的每个子脉冲都可以得到目标的一维距离像，综合处理可以得到分辨率更高的一维像。然后利用多普勒中心跟踪法对距离像进行相位对齐，从而完成调频步进ISAR的运动补偿，进而得到目标的二维像。具体实现步骤如下：
1）分别对每个脉冲的回波信号进行处理，得到目标的距离像，并把每个回波脉冲的距离像幅度归一化；
2）利用实包络相关法，把每个幅度归一化的脉冲距离像相对于第一个脉冲距离像对齐；
3）把经过包络对齐的每个脉冲串信号采用频域子孔径方法进行处理，得到调频步进信号的高分辨距离像，并把幅度归一化；
4）将得到的脉冲串高分辨距离像分别相对于第一个脉冲串距离像进行包络相关并对齐；
5）采用多普勒中心跟踪法，把经过包络对齐的高分辨距离像进行相位对齐；
6）把得到的高分辨率图像进行RD处理，得到目标的二维图像。
4 试验结果
试验参数：N＝30，B＝24MHz，f0=10.03GHz，△F＝16MHz，T＝10us，prf＝2kHz。成像目标为100吨货轮，距雷达约20公里。采用本文提出的方法进行处理，处理结果如图2所示。试验结果表明该方案对慢速海面目标成像具有可行性。
图2 20公里处目标舰船图像
5 结束语
本文在对某岸防雷达技术体制进行分析的基础上，提出了在现有硬件平台上采用调频步进信号实现对海面舰船进行成像的方法，并对部分算法进行了仿真验证。试验数据表明，本文提出的算法适用于慢速运动的海面舰船目标成像。
参考文献
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