基于稀疏孔径干涉ISAR技术的复杂运动舰船目标三维坐标恢复方法

三维干涉ISAR成像技术利用特殊构型的雷达系统可直接重构出目标的三维几何信息，弥补了传统二维ISAR成像仅能获得目标在距离-多普勒平面的二维投影的缺陷，成为了近年来雷达成像领域研究的热点方向。

实际中，雷达接收回波不可避免的存在着随机缺失的情况；多功能雷达需要对不同的任务进行时间分配，使得用于成像的回波数据通常是具有一定间隔而并非连续的，即所谓的块缺失情况。这两类情况下只有稀疏孔径回波数据可用于三维干涉成像，对传统的三维成像算法而言具有一定的挑战性。将三维干涉ISAR成像技术应用于海面舰船目标成像，可极大地提高目标的判断识别能力，在国防军事领域具有较好的应用价值。

舰船目标的三维摆动

然而受海情的影响，海面舰船目标除了自身航速外还具有三维摆动，使得目标回波形式较为复杂。如何在接收稀疏回波的情况下实现对复杂运动舰船目标的干涉三维ISAR成像是目前研究的热点和难点问题。

针对该问题，哈尔滨工业大学王勇教授团队利用L构型的雷达配置系统开展了对稀疏孔径复杂运动舰船目标干涉三维成像技术的研究，成功实现了雷达接收回波在随机缺失、块缺失情况下舰船目标的三维几何重构，并取得了较好的效果。

图1 L构型的舰船目标三维成像模型

该工作已发表在《雷达学报》2018年第3期“基于稀疏孔径干涉ISAR技术的复杂运动舰船目标三维坐标恢复方法（英文）”（王勇，陈雪飞）。

图4 2/4孔径时的二维ISAR成像结果（RMS）

图5 2/4孔径时的二维ISAR成像结果（GMS）

该文首先建立了L构型的舰船目标三维成像模型（图1），分析了复杂运动舰船目标回波的具体形式；接着，采用全局平均一维距离像熵最小和联合相位校正算法分别实现了对稀疏孔径回波的运动补偿和图像配准；对于缺失的回波，采用基于梯度下降的压缩感知算法来进行数据恢复；将舰船目标方位向回波近似为多分量线性调频信号，通过对信号进行参数估计并将回波调频斜率补偿后进行方位向压缩得到高分辨的二维ISAR图像；最后利用所得的ISAR图像分别沿两基线进行干涉处理，结合测距信息得到稀疏孔径情况下舰船目标的三维成像结果。

图2和图3给出了两种2/4孔径回波数据情况下的一维距离像示意图；图4和图5分别给出了不同缺失模式下舰船目标的二维成像结果；图6~图9给出了不同稀疏模式下不同孔径时的舰船目标三维成像结果；图10和图11为利用传统OMP算法获得的稀疏情况下舰船目标的二维、三维图。从所有的结果中分析可以得出：本文所提出的算法在稀疏孔径下能得到舰船目标很好的二维ISAR像和三维几何重构图。相比于OMP算法，本文所提出的算法对舰船目标的三维坐标恢复精度更高，从而验证了所提出算法的有效性。

图10 2/4孔径时利用OMP算法获得的目标三维重构图（RMS）

图11 2/4孔径时利用OMP算法获得的目标三维重构图（GMS）

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