一种基于波程差补偿的ISAR图像配准方法

逆合成孔径雷达（ISAR）成像通过目标与雷达之间的相对运动实现散射点在有效转动面上的横向分辨，在空间目标监测识别、状态诊断方面具有广泛的应用前景。据报道，欧空局曾于2013年使用TIRA雷达对无人补给飞船ATV-4开展了ISAR成像协同故障检测试验。试验中，研究人员利用ATV-4的运动参数确定ISAR成像平面与ATV-4本体坐标系的关系，并根据天线臂与载体平台的垂直关系分析天线臂在ISAR图像中的投影位置及长度，以确定天线臂是否出现异常。ATV-4飞船的实际结构如下图1(a)所示，二维ISAR成像结果如图1(b)所示，ISAR成像结果中的天线臂与实际结构的对应关系如图1(c)所示。

图1 ATV-4及其ISAR图像

受三维至二维投影降质算子的影响，二维ISAR图像缺失了目标俯仰向信息，无法准确反映目标真实三维结构。随着空间监测需求的不断提高，三维成像技术日趋成为雷达成像领域热点课题，干涉逆合成孔径雷达（InISAR）三维成像技术可以获得目标散射点三维分布信息。鉴于InISAR三维成像技术是ISAR成像技术和干涉技术的结合，因此不同天线所成ISAR图像的配准是此项技术中的关键步骤。

针对该问题，国防科技大学王壮教授团队从回波域信号模型入手，利用收发天线的雷达回波估计目标的旋转角速度，进而估计目标到不同天线之间的波程差，并对接收天线的雷达回波进行波程差补偿，最终成像获得目标的配准之后的ISAR图像，其配准精度及效率较传统的图像域配准方法有显著提升。

该工作已发表在《雷达学报》2018年第6期“SAR三维成像技术”专题“一种基于波程差补偿的InISAR图像配准方法”（周子铂, 蒋李兵, 王壮）。

该文首先建立了L型三天线InISAR三维成像信号模型，接着给出了补偿不同天线间波程差进行InISAR三维成像的相关技术，最后利用仿真数据验证了所提ISAR图像配准方法的有效性（如图2），并获得了仿真目标的三维结构（如图3），验证了利用L型三天线获取目标真实三维结构技术的可行性。

图2 ISAR图像配准结果

图3 三维重构结果图

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