等離子鞘套下空間高速目標(biāo)逆合成孔徑雷達(dá)距離像散焦補(bǔ)償算法

沈方芳，毛 錚，謝曜聰，劉彥明，白博文，陳旭陽，石 磊

(西安電子科技大學(xué)空間科學(xué)與技術(shù)學(xué)院，西安 710126)

0 引 言

近年來,空間高速飛行器因其飛行跨度大、速度快、機(jī)動性強(qiáng)等特點,已成為國防安全的一類新型威脅,因此對空間高速目標(biāo)的雷達(dá)探測與成像具有重要的意義[1]。逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse synthetic aperture radar, ISAR)能對非合作目標(biāo)進(jìn)行全天時全天候的高分辨成像觀測,是獲取空間目標(biāo)信息的重要手段,已成為對空間高速目標(biāo)進(jìn)行檢測識別的有效途徑之一。

不同于常規(guī)的飛行器,空間高速目標(biāo)其飛行馬赫數(shù)可達(dá)Ma5～Ma20,目標(biāo)的高速運動會使目標(biāo)在短時間內(nèi)穿越雷達(dá)波束和分辨單元,出現(xiàn)跨“距離門”(Range migration, RM)現(xiàn)象。對于寬帶信號,高速還會引起脈內(nèi)失配,造成距離像的展寬。此外,目標(biāo)的高機(jī)動會導(dǎo)致多普勒擴(kuò)展,進(jìn)一步限制回波信號能量相參積累的效果,這大大降低了目標(biāo)ISAR成像的分辨率,導(dǎo)致了圖像質(zhì)量下降,進(jìn)而影響了后續(xù)的目標(biāo)識別[2]。針對該高速高機(jī)動問題,研究者們展開了諸多的研究并獲得較好的成果。文獻(xiàn)[3]提出一種新的高速機(jī)動目標(biāo)ISAR成像方法,消除了距離徙動和多普勒模糊問題;文獻(xiàn)[4]提出了利用窄帶測量數(shù)據(jù)或?qū)拵y量數(shù)據(jù)求目標(biāo)速度的運動補(bǔ)償方法,可有效解決高速運動目標(biāo)寬帶一維距離像散焦問題;文獻(xiàn)[5]引入?yún)?shù)化稀疏表征思想,實現(xiàn)了高速高機(jī)動運動目標(biāo)ISAR像的準(zhǔn)確重構(gòu);文獻(xiàn)[6]基于最小波形熵準(zhǔn)則和黃金分割優(yōu)化搜索理論,提出了一種改進(jìn)的高速運動補(bǔ)償方法,較大程度地提高了空間目標(biāo)的高分辨成像質(zhì)量。

除了高速高機(jī)動帶來的影響,空間高速目標(biāo)在飛行過程中,飛行器與空氣產(chǎn)生劇烈摩擦,頭部區(qū)域的溫度達(dá)到幾千度,使得空氣分子被激發(fā)從而產(chǎn)生電離,包覆在飛行器表面,形成等離子鞘套[7]。這種不均勻的等離子體流場會反射、折射和吸收入射的電磁波,使電磁波產(chǎn)生幅度調(diào)制和相位畸變,降低目標(biāo)的雷達(dá)截面積(Radar cross-section,RCS)和雷達(dá)回波信噪比,從而造成常規(guī)的脈壓和相參積累失效,空間高速目標(biāo)成像異常[8]。

針對等離子鞘套對電磁波的調(diào)制作用,國內(nèi)外已經(jīng)開展了較多的工作并取得了一系列的研究成果。西安電子科技大學(xué)率先對等離子鞘套下的電磁波傳播理論展開探索,并圍繞等離子鞘套環(huán)境下的通信技術(shù)展開了詳細(xì)的研究[9-10]。在等離子鞘套下的雷達(dá)探測方面,文獻(xiàn)[11]開展了等離子鞘套下雷達(dá)信號透射特性研究,并基于機(jī)載電子偵察系統(tǒng),建立了鞘套下的雷達(dá)信號傳輸模型。文獻(xiàn)[12]建立了等離子鞘套包覆目標(biāo)的ISAR成像模型,并探索了等離子體時變特性對ISAR成像的影響。文獻(xiàn)[13]采用電磁仿真軟件,開展了星載平臺下空間高速目標(biāo)成像研究,初步揭示了等離子鞘套引起ISAR像散焦的機(jī)理,但缺乏定量的分析。等離子鞘套對雷達(dá)回波的影響,除了電磁反射特性,還有高速流場特性。文獻(xiàn)[14-15]基于等離子鞘套的電磁調(diào)制機(jī)理,首次研究了等離子體高速流場對雷達(dá)回波的影響,并揭示了等離子體流動速度會引起一維距離像的偏移。上述的工作雖然考慮了等離子鞘套高速流場的影響,但只針對窄帶雷達(dá)信號,相關(guān)的研究成果并不能直接適用于寬帶雷達(dá)信號。因此關(guān)于等離子鞘套高速流場對ISAR成像的影響尚有待研究。

針對上述問題,本文開展了等離子鞘套高速流場引起空間高速目標(biāo)ISAR距離像散焦及補(bǔ)償算法研究,通過研究等離子鞘套反射特性和速度場分布,建立了等離子鞘套包覆下高速目標(biāo)回波模型,獲得了等離子鞘套電子密度和速度場引起ISAR距離像散焦的影響機(jī)理;最后本文將等離子鞘套引起的ISAR距離像散焦抑制問題轉(zhuǎn)化為弱信噪比下的等離子體速度參數(shù)估計問題,通過引入分?jǐn)?shù)階傅里葉變換(Fractional Fourier transform, FRFT)方法實現(xiàn)等離子體速度的估計,并構(gòu)建相位補(bǔ)償因子,實現(xiàn)了基于FRFT的空間高速目標(biāo)ISAR距離像散焦補(bǔ)償。最后開展了典型鈍錐流場數(shù)據(jù)的仿真實驗,并驗證了本文所提算法能有效消除等離子鞘套高速流場對ISAR距離像的影響,補(bǔ)償后ISAR像質(zhì)量顯著提高。

1 等離子鞘套電磁傳播特性

作為一種非均勻、非磁化的流體,等離子鞘套的電磁傳播特性與等離子體電子密度、特征頻率及碰撞頻率息息相關(guān)。根據(jù)RAM-C的研究結(jié)果[16-17],對于等離子體而言,垂直于飛行器表面碰撞頻率的變化比較小,通常近似認(rèn)為是一個常數(shù)。沿垂直于飛行器表面方向,等離子體電子密度近似雙高斯分布。根據(jù)電子密度輪廓分布可近似地由多層厚度不等的均勻等離子體薄層構(gòu)建而成的假設(shè),可將等離子體鞘套分為N層均勻等離子體薄層,對于第i(i=1,2,…,N)層中的均勻等離子體,其等離子體特征頻率ωp,i可以表示為

(1)

式中:Ne,i表示第i層(i=1,2,…,N)電子密度;me表示電子的質(zhì)量;e表示電子的電量;ε0表示真空介電常數(shù)。根據(jù)麥克斯韋方程和本構(gòu)方程,可以得推導(dǎo)第i層等離子薄層的復(fù)介電系數(shù)εi和傳播矢量ki為

(2)

(3)

式中:ω為入射電磁波頻率;ve為等離子體碰撞頻率;c為真空中的光速。

基于等效傳輸線法[14]理論,電磁波在分層等離子鞘套內(nèi)沿垂直于飛行器表面方向傳播時可以等效為多個不同的特征波阻抗的級聯(lián),如圖1所示。此時等離子鞘套的傳輸和反射特性可以通過計算多層等離子薄層的傳輸系數(shù)得到,即等離子鞘套總的傳輸矩陣為每一層的傳輸矩陣相乘,表示為

圖1 等效傳輸線法計算模型Fig.1 Calculation model of equivalent transmission line method

(4)

其中第i層的傳輸矩陣為

(5)

|Γ(ω)|exp(jφ(ω))

(6)

式中:Z0為入射介質(zhì)的本征波阻抗;ZN+1為反射介質(zhì)的本征波阻抗;|Γ(ω)|和φ(ω)分別表示等離子鞘套對入射電磁波的幅度調(diào)制和相位調(diào)制系數(shù)。

2 等離子鞘套包覆空間高速目標(biāo)ISAR回波建模

2.1 等離子鞘套的流場特性

作為一種非均勻的流體,等離子體流場分布與飛行器的結(jié)構(gòu)和速度相關(guān)[18]。本文采用再入飛行器RAM-C的CFD流場仿真數(shù)據(jù)[19],對包覆的等離子鞘套流場特性進(jìn)行分析。圖2是高度為50 km,馬赫數(shù)為20時的等離子體流場分布示意圖。

圖2 等離子體流場分布示意圖Fig.2 Distribution of plasma flow field

圖2(a)是等離子體電子密度分布示意圖,從圖中可以看出,等離子體流場以駐點為起點向后呈放射狀流體狀態(tài)。這導(dǎo)致等離子體電子密度場具有非均勻的分布,且從駐點到飛行器的尾部,電子密度的變化跨越了多個數(shù)量級,由于駐點處的等離子體處于高溫高壓狀態(tài),這導(dǎo)致單位體積的電子數(shù)增加,即產(chǎn)生最大電子密度。而從駐點至飛行器尾部,隨著溫度和壓力的逐漸降低,等離子體峰值電子密度不斷減小。相應(yīng)地,從駐點至尾部,等離子體的特征頻率也在劇烈變化。

圖2(b)是等離子體流速場分布示意圖。從圖中可以看出,等離子體流速在駐點區(qū)域最快,接近目標(biāo)本體的速度,從駐點至尾部,等離子體的流速快速減小[11];而垂直于飛行器表面,各薄層的流速從外向里呈先增大后減小趨勢。

等離子鞘套內(nèi)電磁波的傳播特性受等離子體特征頻率和入射電磁波頻率共同影響[14,20]。對于固定的等離子體特征頻率,當(dāng)電磁波入射頻率遠(yuǎn)小于等離子體的特征頻率(ω?ωp)時,電磁波無法穿透等離子鞘套,此時電磁波在等離子鞘套表面發(fā)生了全發(fā)射。當(dāng)入射頻率接近特征頻率(ω≈ωp),電磁波與等離子鞘套發(fā)生諧振吸收,衰減達(dá)到最大;當(dāng)電磁波入射頻率遠(yuǎn)大于等離子體的特征頻率(ω?ωp),電磁波穿透等離子鞘套,打到目標(biāo)本體上。

根據(jù)上述的分析,受鞘套的流場特性影響,等離子鞘套的特征頻率也是變化的,即同一入射電磁波打到目標(biāo)不同位置,其入射深度(反射深度)也不同。通過計算每一層的等離子體特征頻率,即可獲取等離子鞘套特征頻率分布和反射深度曲線。圖2(a)中實線即為采用X頻段電磁波照射時通過模擬計算繪制的入射深度曲線,即入射的電磁波在抵達(dá)該區(qū)域時,由于等離子鞘套的特征頻率與入射波頻率相近,發(fā)生了諧振吸收,電磁波達(dá)到最大衰減。從該曲線可以看出,越靠近駐點區(qū)域,入射的電磁波越容易在鞘套表層發(fā)生反射;從駐點至尾部,峰值電子密度在衰減,電磁波入射深度在增加;而在目標(biāo)尾部區(qū)域,由于峰值電子密度的快速衰減,電磁波穿透等離子鞘套,在目標(biāo)表面發(fā)生了反射。綜上所述,對于同一入射的電磁波,不同區(qū)域位置具有不同反射深度、不同等離子體反射系數(shù),且耦合不同的等離子體速度。

2.2 等離子鞘套包覆空間高速目標(biāo)ISAR回波建模

圖3為等鞘套包覆空間高速目標(biāo)ISAR成像的幾何示意圖。如圖3所示,目標(biāo)繞參考點O以Ω角速度轉(zhuǎn)動。為了簡化分析,本文只探討小轉(zhuǎn)角的場景。基于散射點模型,空間高速目標(biāo)的雷達(dá)回波近似為多個散射點回波的疊加。針對不同的散射點,分別提取散射點處分層等離子鞘套的電子密度、碰撞頻率和流場速度,并采用等效傳輸線法計算其特征頻率和反射系數(shù)。假設(shè)發(fā)射載頻為fc,調(diào)頻率為μ的線性調(diào)頻(Linear frequency modulation, LFM)信號,則等離子鞘套包覆的空間高速目標(biāo)回波模型可以表示為

圖3 鞘套包覆空間高速目標(biāo)ISAR成像的幾何示意Fig.3 Geometric representation of ISAR imaging of space high-speed target covered by sheath

(7)

對回波信號采用下變頻和解線調(diào)頻(Dechirp)處理后,散射點回波處理后輸出為

(8)

1)等離子鞘套對入射的電磁波產(chǎn)生幅度衰減和相位畸變Γk(ω),由于等離子鞘套的電磁傳播特性隨飛行器高度和速度的變化而變化,目標(biāo)不同位置電磁波入射深度和計算的反射系數(shù)也有差異,即實際目標(biāo)不同散射點位置Γk(ω)的值是動態(tài)變化的。但對于固定目標(biāo)高度和速度下,考慮小轉(zhuǎn)角的場景,本文假設(shè)包覆高速目標(biāo)的等離子鞘套處于瞬時穩(wěn)態(tài)的,此時Γk(ω)近似為一常復(fù)數(shù),即在小轉(zhuǎn)角下,等離子鞘套引入固定的幅度衰減和固定的相移。

2)當(dāng)空間高速目標(biāo)飛行在Ma5以上,此時傳統(tǒng)雷達(dá)采用的‘停—走—?！Ｐ筒辉俪闪?。目標(biāo)高速高機(jī)動不僅會引起脈間距離走動,而且會引起脈內(nèi)失配。

基于上一節(jié)的分析可知,電磁波入射包覆空間高速目標(biāo)的等離子鞘套時,不同散射點入射深度不一樣,導(dǎo)致不同位置鞘套對同一入射電磁波調(diào)制不同。且結(jié)合圖2(b)可知,等離子體的速度也是不一致的。即目標(biāo)飛行速度v0引起回波產(chǎn)生多普勒效應(yīng)和距離徙動,而變化的等離子鞘套速度則導(dǎo)致了脈內(nèi)失配。由圖3可得,假設(shè)目標(biāo)的第k個散射點tm時間內(nèi)由P1(對應(yīng)坐標(biāo)為(xk,yk))運動到P2,則第k個散射點到雷達(dá)的瞬時斜距可以表示為

(9)

(10)

基于上述分析,在小轉(zhuǎn)角下,等離子鞘套包覆空間高速目標(biāo)的ISAR成像回波模型可以近似表示為

(11)

(12)

經(jīng)過混頻處理后,回波的相位項包括四項,其中Φ1,k是解線調(diào)頻處理后產(chǎn)生的殘余視頻相位項(Residual video phase,RVP)項;Φ2,k是線性相位項;Φ3,k是一維距離像項,由于等離子體的速度耦合作用,引起的距離像偏移;Φ4,k是距離像展寬項,此時展寬程度與耦合的等離子體速度有關(guān)。

3 基于FRFT的ISAR距離像補(bǔ)償算法

3.1 距離維散焦機(jī)理

利用駐定相位原理求解得到解線頻調(diào)后的空間高速目標(biāo)距離像(Range profile, RP)為

(13)

(14)

式中:f1,f2,f3,f4的表達(dá)式如下

(15)

式中:f1表征的是目標(biāo)散射點因方位位置不同而分布在不同的距離單元內(nèi);f2表征的是目標(biāo)因為平動引起的包絡(luò)移動;f3表征的是目標(biāo)轉(zhuǎn)動而引起的包絡(luò)移動;f4表征的是脈沖持續(xù)期間耦合速度引入的包絡(luò)移動。由上述分析可知,等離子鞘套的影響導(dǎo)致脈壓中心發(fā)生了偏移和展寬,且入射電磁波頻率越高,等離子鞘套耦合的速度越高,偏移量越大,展寬越明顯。通過對比無偏移的真實目標(biāo)的距離,可獲得散射點距離維偏移量和展寬量分別為

(16)

(17)

3.2 基于FRFT的ISAR距離像補(bǔ)償算法

不失一般性,假設(shè)存在加性復(fù)高斯白噪聲,進(jìn)一步將等離子鞘套下空間高速目標(biāo)多個散射點回波的Dechirp信號表示為

(18)

(19)

由于回波去斜后的信號為多分量信號,為抑制交叉性的干擾,本文引入FRFT實現(xiàn)對LFM信號的檢測和估計,進(jìn)而獲得等離子鞘套的耦合速度。FRFT本質(zhì)上講是對時間軸的“旋轉(zhuǎn)”,選擇合適的旋轉(zhuǎn)角度對信號進(jìn)行Fourier變換,可使信號在某一特定的分?jǐn)?shù)階Fourier域上呈現(xiàn)能量的聚集,幅度上呈現(xiàn)明顯的峰值。對式(18)進(jìn)行FRFT變換可得

(20)

式中:Γ為FRFT操作,由式(20)可知,在經(jīng)過FRFT處理后,各散射點的能量在(θ,u)平面內(nèi)聚焦為一個個強(qiáng)峰值點。根據(jù)強(qiáng)點位置即可得到LFM信號參數(shù)估計值。

由于飛行器不同散射點耦合速度不一致,在分?jǐn)?shù)階Fourier域上會出現(xiàn)多個峰值。如果對每個散射點單獨提取其耦合速度會導(dǎo)致高的計算復(fù)雜度?？紤]到相鄰散射點耦合速度是緩慢漸變的過程,即在(θ,u)會出現(xiàn)多個點重疊在一起。為了提升效率,本文對耦合速度接近的散射點,通過滑窗平滑的方法提取強(qiáng)峰值點,估計均值耦合速度,并對相關(guān)的散射點進(jìn)行補(bǔ)償。

根據(jù)上節(jié)分析,本節(jié)給出一種基于FRFT的ISAR距離像補(bǔ)償算法,詳細(xì)的實現(xiàn)步驟如下所示:

步驟1:基于發(fā)射信號的延遲構(gòu)造參考信號,對原始回波數(shù)據(jù)進(jìn)行解線頻調(diào)處理,得到Dechirp后的回波數(shù)據(jù)如式(11);

步驟2:基于FRFT的耦合速度估計和相位補(bǔ)償,具體為:

1)對Dechirp后回波數(shù)據(jù)進(jìn)行FRFT變換,進(jìn)行峰值搜索,求得峰值點的坐標(biāo)

(21)

根據(jù)該坐標(biāo)估計線性調(diào)頻信號的起始頻率和調(diào)頻率

(22)

(23)

(24)

步驟3:對補(bǔ)償后的Dechirp信號做FFT變換,即可得到補(bǔ)償后的ISAR距離像;

步驟4:沿著方位向進(jìn)行快速的FFT變換,則可以得到聚焦良好的ISAR圖像。

本文利用固定參考距離Rref的參考信號與原始回波進(jìn)行Dechirp處理,雖然該參考延遲不能精確已知,但耦合速度的估計可從調(diào)頻率獲取,不受參考延時的影響。即參考延遲的不精確會造成ISAR像整體的偏移,但不影響耦合速度的估計。

4 仿真校驗

由于場景的特殊性,到目前為止還無法獲得真實的流場數(shù)據(jù)。本文基于再入飛行器RAM-C的CFD流場仿真數(shù)據(jù)[19]進(jìn)行驗證。采用柵格等均勻劃分的方式確定散射點的區(qū)間,鈍錐全長1.295 m,球頭半徑0.159 m,以駐點為頂點,從駐點至目標(biāo)的尾部,選取9個典型的散射點。仿真的點目標(biāo)模型分布如圖4所示,各散射點參數(shù)如表1所示。選取目標(biāo)的飛行高度為50 km,馬赫數(shù)Ma20,由于小轉(zhuǎn)角的假設(shè),可認(rèn)為等離子鞘套對散射點的幅度和相位調(diào)制近似穩(wěn)態(tài),為一個常數(shù)。假設(shè)雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號,其載頻為10 GHz,帶寬為1 GHz,脈寬為100 μs,假設(shè)噪聲為白噪聲,且信噪比為2 dB,脈沖積累數(shù)為64。為簡化分析,本文僅考慮目標(biāo)勻速運動,假設(shè)加速度為0 m/s2。

表1 散射點參數(shù)Table 1 Parameters of scattering points

圖4 幾何示意目標(biāo)的幾何模型Fig.4 Geometric model of the target

根據(jù)表1提取的參數(shù)信息,目標(biāo)馬赫數(shù)Ma20時,只有⑤和⑥兩個散射點入射的電磁波照射到了目標(biāo)本體上,其他散射點則在等離子鞘套中發(fā)生了不同程度的反射,且不同散射點等離子鞘套耦合的速度是不一樣的。

第一組仿真實例為等離子鞘套的耦合調(diào)制引起空間高速目標(biāo)回波信號的幅度衰減及其對ISAR圖像的影響。圖5(a)～(f)分別給出了無鞘套和等離子鞘套包覆下空間高速目標(biāo)的單周期和64周期的距離像及其距離多普勒(Range-doppler, RD)成像結(jié)果。

圖5 ISAR距離像及RD成像Fig.5 ISAR range profile and RD image

從圖5(a)、圖5(c)和圖5(e)中可以看出,在不含等離子鞘套的情況下,由高速引起的跨距離單元走動,經(jīng)過常規(guī)的平動補(bǔ)償并采用RD算法可以獲得高分辨的ISAR成像。圖5(b)、圖5(d)和圖5(f)表明由于等離子鞘套的耦合調(diào)制影響,導(dǎo)致空間高速目標(biāo)回波能量發(fā)生不同程度的衰減,信噪比嚴(yán)重降低。且由于流場的作用,散射點發(fā)生了不同程度的偏移和擴(kuò)展,脈壓后輸出主瓣電平降低,副瓣電平升高,這使得ISAR像距離維展寬,空間分辨率下降,導(dǎo)致ISAR像質(zhì)量急劇惡化。

第二組仿真試驗驗證了雷達(dá)各參數(shù)對距離維偏移和展寬的影響。圖6是偏移量和展寬量與脈寬和帶寬的關(guān)系示意圖。

圖6 偏移量和展寬量與脈寬和帶寬關(guān)系示意圖Fig.6 Schematic diagram of offset and broadening with pulse width and bandwidth

從圖6(a)和(b)可以看出,距離維偏移量隨著耦合速度的增加而線性增加。對于固定的耦合速度,距離維偏移量隨著脈寬的增大而增大,隨著帶寬的增大而減小,即偏移量與脈寬成正相關(guān),與帶寬成負(fù)相關(guān)。因此,在目標(biāo)速度比較高的情況下,通過選擇減小脈寬和增大帶寬來降低距離維的偏移。從圖6(c)和(d)可以看出,距離維展寬量與信號的脈寬、帶寬成正相關(guān),即脈寬越大,帶寬越大,展寬現(xiàn)象越嚴(yán)重。因此可以通過選擇減小脈寬或者帶寬來降低距離維的展寬。

第三組仿真實例驗證本文散焦抑制算法的有效性。圖7(a)為單周期距離維FRFT變換結(jié)果示意圖,圖7(b)和(c)分別是經(jīng)過補(bǔ)償后單周期的一維距離像和64個周期的距離像,圖7(d)是用本文算法進(jìn)行距離維補(bǔ)償后的ISAR像。

從圖7(a)可以看出,對單周期距離維做FRFT變換后,其FRFT域上呈現(xiàn)多個峰值,即由于等離子鞘套不同的耦合速度,不同散射點一維距離像對應(yīng)不同的LFM信號,不同的耦合速度對應(yīng)不同的調(diào)頻率。經(jīng)過本文所提算法對耦合速度進(jìn)行估計并構(gòu)造補(bǔ)償因子,單周期和64周期的距離像偏移和展寬均得到了補(bǔ)償,最后可得散焦抑制后的ISAR像。

為校驗本文所提算法的可行性,本文對不同高度和不同速度下的場景進(jìn)行了仿真試驗,分別采用Scene 1(30 km,Ma15), Scene 2(30 km,Ma25), Scene 3(40 km,Ma15), Scene 4(50 km,Ma20)共4組數(shù)據(jù),基于該數(shù)據(jù)計算提取相應(yīng)的反射系數(shù)、反射深度和耦合速度。表2是不同場景下,本文算法和常規(guī)RD算法的重構(gòu)結(jié)果,其中峰值信噪比(Peak Signal to Noise Ratio, PSNR)及結(jié)構(gòu)相似性(Struct-ural Similarity, SSIM)用于評估重構(gòu)的效果。

表2 RD算法與本文算法成像效果對比Table 2 Imaging effect comparison of RD algorithm and the proposed algorithm

從表2中可以看出,相比常規(guī)的RD算法,本文所提出算法具有更高的PSNR值,表明圖像質(zhì)量更高。由于對距離像的散焦抑制功能,本文算法結(jié)果普遍比RD算法約高3～5 dB;此外,本文算法的SSIM值越大,即圖像的失真程度越小。

5 結(jié) 論

本文針對等離子鞘套包覆空間高速目標(biāo)ISAR成像時出現(xiàn)距離維散焦的問題,提出了一種基于FRFT的ISAR距離像補(bǔ)償算法。首先通過開展等離子鞘套的流場特性分析,建立了等離子鞘套包覆空間高速目標(biāo)ISAR成像模型;通過分析等離子鞘套速度與散射點距離像偏移和展寬的關(guān)系,將等離子鞘套散焦抑制問題轉(zhuǎn)化為低信噪比下的多LFM信號參數(shù)估計問題,并引入FRFT方法進(jìn)行有效解決。相比傳統(tǒng)的RD方法,本文方法可有效實現(xiàn)ISAR距離像散焦抑制,為空間高速目標(biāo)的雷達(dá)探測提供了參考。