短相干处理时间回波ISAR成像技术研究(2)
雷达按成像技术来分可以分为两种：合成孔径雷达(SAR，Synthetic Aperture Radar）和逆合成孔径雷达（ISAR，Synthetic Aperture Radar）。SAR一般是装载在飞机上面与卫星上面来对地面上的目标进行观测，通常应用于静止的目标上。它在视角、穿透方面表现的很优异，基本不会被天气的变化和昼夜的更替影响，可以在比较极端的环境中使用。ISAR是在SAR的基础上发展起来的，它具备SAR的优点，但不同的是它通常安装在地面上来对空中的目标进行观测。目前，逆合成孔径雷达已广泛应用于天文学和军事用途中。
ISAR成像系统通过目标的电磁散射特性，将目标各个散射点映射到一个二文平面上。比方用飞机来说，引擎、机翼、机头便是散射点，这些散射点会大致描绘出飞机大体轮廓的图像，进而去获得目标的运动状态并完成对目标的识别与跟踪。
ISAR图像的文分为距离文与方位文。距离文是雷达视线的方向，方位文是与视线垂直的方向且垂直于目标的旋转轴，又称横向、方位向。图像的清晰度直接与这两个文度的分辨率挂钩。雷达波形的信号类型、重复周期、处理算法等参数控制着距离分辨力的大小，有了固定的距离分辨力就确定了距离单元，散射点才能映射到距离单元上。雷达载波频率以及成像期间目标的移动控制着方位向的分辨率。为了获得不同散射点的方位向分辨率，目标需要相对于雷达做一个旋转运动，在运动过程中，不同的点的多普勒频率不同，通过对信号进行处理来识别这些不同多普勒频率，再使用合成的方法区分目标上的散射点在方位向上的分布。我们可以看出多普勒频率与方位文有着密不可分的关系，所以有时ISAR图像也被称作距离多普勒图像。需要补充的是，在方位向分辨散射点是建立在平动分量已经完成相位补偿和包络对齐的基础之上的。
1.2 ISAR的发展史
SAR的概念在1951年由Carl Wiley提出。他提出了可以根据多普勒信息来获得高角分辨率的理论。1958年，第一幅SAR图像由Michigan大学获得。到了60年代中期，光学精密仪器得到了飞速的发展，人们提出了全息雷达的概念并获得了首幅条带SAR图像。70年代初，数字信号处理开始被应用到SAR成像中。80年代初，ISAR成像的概念被提出，科学家开始对ISAR与SAR成像技术进行更深入的研究，使用一些方法来进行运动补偿，同时美国发射了世界上第一颗搭载SAR系统的卫星，对地球进行成像。进入90年代，ISAR成像技术已经逐渐完善起来，人们更深入研究了补偿方法与信号分析，开始将使用其对目标进行分类与识别。
图1.1 C波段频带为400MHz的 ISAR 成像
图1.1 是一个飞机的ISAR图像。ISAR是现实应用中目标一般是非合作的，例如飞机等等，通常情况下目标是不会做一个直线的运动，所以形成的逆合成孔径的阵列在空间形成复杂的阵列流型[ ]。现在有很多的研究是关于机动目标的逆合成孔径成像的。
国内的ISAR起步的比国外要晚二十几年，1986年ISAR正式列入863计划。1988年前后，已经有很多家的单位深入的研究ISAR成像技术，取得了很好的成绩[ ][ ]。现在，我们已经研发出了较成熟的实验系统，得到了很多珍贵的实验数据，但是ISAR的技术还是落后发达国家很多。
2 ISAR成像回波模型
2.1 转台模型[ ]
这一节从转台模型开始，逐步描述ISAR成像的原理。如图2.1所示。图2.1描述的是成像目标映射到二文平面上，雷达也在该平面上。一般情况下目标为刚性物体，所以可以假设目标上每个点都是以匀角速度 绕z轴进行运动，旋转面为 ， 点是目标的散射中心，雷达距离该散射中心的距离为 ,散射点与雷达的夹角为 ，目标上任意一点坐标为 。我们假设起始时间 ,则可以知道 到雷达的距离 为
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