空间轨道目标的逆合成孔径雷达成像质量分析

周叶剑; 张磊; 王虹现; 邢孟道

doi:10.12000/JR16136

空间轨道目标的逆合成孔径雷达成像质量分析

DOI: 10.12000/JR16136

周叶剑^①,②,,
张磊^①,②, ,,
王虹现^①,②,
邢孟道^①,②

①.
西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室西安 710071
②.
西安电子科技大学信息感知技术协同创新中心西安 710071

基金项目: 国家自然科学基金(61301280, 61301293)

详细信息

作者简介:
周叶剑(1993–)，男，浙江人，2015年获西安电子科技大学工学学士学位，现为西安电子科技大学电子工程学院博士研究生，主要研究方向为ISAR成像与图像解译。E-mail: zhouyejian25@163.com

张磊(1984–)，男，浙江人，2011年获西安电子科技大学工学博士学位，现为西安电子科技大学电子工程学院副教授，主要研究方向为SAR/ISAR成像与运动补偿。E-mail: leizhang@xidian. edu.cn

通讯作者:
张磊 leizhang@xidian.edu.cn

中图分类号: TN957.52⁺4
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出版历程
- 收稿日期: 2016-12-01
- 修回日期: 2017-03-03
- 网络出版日期: 2017-02-28

Performance Analysis on ISAR Imaging of Space Targets

Zhou Yejian^{①,②
,},
Zhang Lei^{①,②
, ,},
Wang Hongxian^①,②,
Xing Mengdao^①,②

①.
National Laboratory of Radar Signal Processing,Xidian University,Xi’an 710071,China
②.
Collaborative Innovation Center of Information Sensing and Understanding at Xidian University,Xi’an 710071,China

Funds: The National Natural Science Foundation of China (61301280, 61301293)

摘要

摘要: 空间目标逆合成孔径雷达(ISAR)成像的方位维相干积累增益取决于目标运动状态信息，关于目标运动分析的缺失将直接影响空间目标ISAR观测中成像质量的预估与系统参数的设计。该文提出根据空间目标轨道参数计算其相对雷达视线运动状态，推导一定相干积累角ISAR成像的方位相干积累简化公式，实现基于相干积累角的ISAR成像时间段选择，可有效保证成像方位分辨率；同时详细分析目标轨道高度等参数对ISAR系统回波接收功率、成像质量的影响，为空间目标ISAR成像雷达体制设计提供了设计依据。理论推导和仿真实验均验证了空间目标ISAR成像中随着目标轨道高度升高，单次回波信噪比降低的损失可通过方位相干积累增益的提升实现部分弥补。该文工作可为空间目标ISAR成像体制和处理设计提供了理论基础和指标设计依据。
- 空间目标 /
- 逆合成孔径雷达 /
- 雷达作用距离 /
- 相干积累增益
Abstract: Usually, in traditional Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) systems design and mode selection for space satellite targets, coherent integration gain in azimuth direction hardly can be analyzed, which depends on target’s motion. In this study, we combine the target orbit parameters to determine its motion relative to radar and deduce coherent integration equation in ISAR imaging to realize the selection of imaging intervals based on coherent integration, which can ensure the resolution in azimuth direction. Meanwhile, we analyze the influence of target orbit altitude to echo power and imaging Signal-to-Noise Ratio (SNR) that provides a new indicator for space observation ISAR systems design. The result of simulation experiment illustrates that with target orbit altitude increasing, coherent integration gain in azimuth direction of large-angular observation offsets the decreasing of imaging SNR in a degree, which provides a brand-new perspective for space observation ISAR systems and signal processing design.
- Space observation /
- Inverse Synthetic Aperture Radar (ISAR) imaging /
- Radar operating distance /
- Coherent integration gain

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图 1 空间观测几何模型及成像模型

Figure 1. Observation and imaging model of satellite targets

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图 2 雷达斜距变化Δr求解模型

Figure 2. Calculation model of change of radar range

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图 3 Δr求解近似模型与实际模型

Figure 3. Approximate and actual model of Δr

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图 4 不同轨道高度下目标转角速度计算结果

Figure 4. Calculation of target′s rotate speed at different heights

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图 5 归一化回波信号接收功率随目标轨道半径变化曲线

Figure 5. Normalization curve of received power changing in different orbit radii

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图 6 目标图像距离、方位剖面图

Figure 6. Range and azimuth profiles of target image

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图 7 相近观测视角下，不同轨道高度成像结果对比图

Figure 7. Comparison result of target imaging at different heights with similar LOS parameters

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表 1 实验ISAR系统主要参数

Table 1. Main parameters of ISAR system

参数	数值
载频	16.7 GHz
带宽	1 GHz
方位向分辨率	0.18 m
距离向分辨率	0.15 m
脉冲重复频率	200 Hz

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表 2 实验地基ISAR观测站位置

Table 2. Position parameters of radar sites

地点	经纬度
库尔勒	41.5°N, 86.8°E
北京	39.9°N, 116.4°E
西安	31.1°N, 108.4°E

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表 3 不同轨道高度图像质量评价

Table 3. Comparison result of imaging quality at different heights

轨道高度(km)	成像时间(s)	脉冲积累数	TNR	脉冲积累数/TNR
791	9.94	1988	6.82	291.58
1200	12.40	2484	8.61	288.58
1800	16.82	3364	11.45	293.80

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