基于电磁散射机理的自旋目标三维ISAR成像

Three-dimension(3D) image can provide more reliable target characterization and scattering characteristics of any given special scattering point. Therefore, 3D radar imaging plays an important role in many applications, including ballistic missile defense systems, space object imaging and so on. As to high-speed spinning targets, the relative distance between the scattering points and Doppler may change significantly during the coherent processing interval. Current 3D imaging methods, such as interferometric ISAR or "snapshots" imaging will no longer be valid. Therefore, high-resolution 3D imaging of spinning targets becomes a hot spot in ISAR imaging field. In this project, the target electromagnetic scattering model is firstly established through the analysis of the electromagnetic scattering mechanism. Then, the high resolution 3D ISAR imaging model of the spinning target is established by analyzing the motion characterristics and considering the electromagnetic scattering anisotropy, shelter and coupling. Next, the parameters, such as the target size and rotation speed, are estimated from the echo data by analyzing the characteristic parameter of spinning targets. Finally, based on the parameter estimation theory and mathematical tools, the 3D imaging algorithm is constructed with the methods of matched filtering, complex-valued Radon transform and so on. The objective of the project is to realize high-resolution 3D ISAR imaging of the ballistic missiles, space debris, airplane propellers, etc., which can improve our imaging radar's ability to obtain informations.

三维图像可以提供更可靠的目标特征描述以及任意给定特殊散射点的散射特征，因此雷达三维成像具有非常重要的应用，包括弹道导弹防御系统、太空飞行物体成像等。对高速自旋目标而言，其散射点之间的相对距离以及多普勒在成像时间内会发生很大改变，现有的干涉ISAR、多快拍成像等三维成像算法将不再有效，因此自旋目标的高分辨三维成像成为研究的热点。本项目首先通过分析电磁散射机理，建立目标的电磁散射模型；接着通过研究自旋目标的运动特性，从电磁散射机理出发，考虑电磁散射各向异性、散射遮挡和耦合，建立三维ISAR成像模型；然后通过对自旋目标的特征参数分析，从回波数据中估计目标大小和旋转速度等信息；最后依靠参数估值理论和数学工具，利用匹配滤波和复数Radon变换等方法，构建自旋目标的三维成像算法。本项目的目标就是实现对弹道导弹、空间碎片以及飞机螺旋桨等自旋目标的高分辨三维成像，提高我国成像雷达的信息获取能力。

三维图像可以提供更可靠的目标特征描述以及任意给定特殊散射点的散射特征，因此雷达三维成像具有非常重要的应用，包括弹道导弹防御系统、太空飞行物体成像等。对高速自旋目标而言，其散射点之间的相对距离以及多普勒在成像时间内会发生很大改变，现有的干涉ISAR、多快拍成像等三维成像算法将不再有效，因此自旋目标的高分辨三维成像成为研究的热点。本项目首先通过分析电磁散射机理，建立目标的电磁散射模型；接着通过研究自旋目标的运动特性，从电磁散射机理出发，考虑电磁散射各向异性、散射遮挡和耦合，建立三维ISAR成像模型；然后通过对自旋目标的特征参数分析，从回波数据中估计目标大小和旋转速度等信息；最后依靠参数估值理论和数学工具，利用匹配滤波和复数Radon变换等方法，构建自旋目标的三维成像算法。本项目的目标就是实现对弹道导弹、空间碎片以及飞机螺旋桨等自旋目标的高分辨三维成像，提高我国成像雷达的信息获取能力。