基于RID序列的微动目标高分辨三维成像方法

近年来，随着人类太空活动规模的不断扩大，大量军事、民用卫星的发射，空间站的建立，反导、反卫实验的开展使地球轨道上聚集了大量在轨飞行器、箭体及空间碎片等目标（图1）。

图1 空间碎片示意图

自苏联发射第一颗人造卫星以来，世界各国共执行了超过4000次以上的发射任务，目前有超过4500吨的太空垃圾残留在轨道上。由于其以轨道速度运行，因此会严重威胁在轨航天器及宇航员的生命安全。此外，弹头诱饵等中段或再入段目标（图2）也严重威胁着我国的太空与领土安全。

图2 弹道导弹示意图

空间站、卫星等目标的游动部件、某些卫星及空间碎片整体、中段或再入段弹道目标通常存在自旋、进动、章动和翻滚等微动（micro-motion）。通过对微动目标进行逆合成孔径雷达（ISAR）高分辨三维成像，能够获得其结构与运动信息，并为有效的目标跟踪、分类与识别提供重要依据。因此，微动目标高分辨三维成像及特征提取在空间态势感知与防空反导中发挥着重要作用。

由于章动等复杂微动目标的雷达回波非平稳性强，未知参数多，相互之间耦合严重，因此现有的参数化ISAR成像方法已经不再适用。针对该问题，西安电子科技大学白雪茹教授提出基于距离-瞬时多普勒（RID）像序列的非参数化成像方法，该方法能够有效实现章动等复杂微动目标的高分辨三维成像，为微动目标的识别提供了重要的结构与运动信息。

该工作已发表在《雷达学报》2018年第5期“雷达微多普勒分析技术”专题中的“基于RID序列的微动目标高分辨三维成像方法”（惠叶，白雪茹）。

图3 仿真目标散射中心分布 

该文中首先由微动目标高分辨雷达回波生成距离-瞬时多普勒（RID）像序列，进而利用watershed方法提取RID像中的散射中心支撑域，并基于最小欧氏距离准则实现各散射中心的航迹关联（图4）。

图4 图3中散射中心的距离-多普勒-慢时间三维关联结果

随后，针对散射中心航迹关联时瞬时斜距估计精度受距离分辨率影响等问题，进一步提出基于现代谱估计的散射中心航迹精估计方法。最后，通过带约束的航迹矩阵分解实现微动目标高分辨三维成像（图5）。实验采用包含9个散射中心的章动锥体目标（图3），其真实散射中心三维坐标与估计值重合，从而验证了基于RID序列的微动目标高分辨三维成像方法的有效性。

图5 三维成像结果与真实散射中心分布对比

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