多基站ISAR空间微动目标三维成像方法

现代防御技术 ›› 2025, Vol. 53 ›› Issue (2): 141-148.DOI: 10.3969/j.issn.1009-086x.2025.02.015

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多基站ISAR空间微动目标三维成像方法

何兴宇, 孙晨阳, 方钢

空军工程大学空管领航学院，陕西西安 710051

收稿日期:2023-12-28 修回日期:2024-02-27 出版日期:2025-04-28 发布日期:2025-04-30
作者简介:何兴宇(1989-)，男，河北行唐人。副教授，博士，研究方向为信号处理及战场态势感知。
基金资助:
中国博士后科学基金(2022M723876);陕西省自然科学基础研究计划(2024JC-YBMS-466)

Multi-static ISAR Three-Dimensional Imaging of Spatial Micro-motion Target

Xingyu HE, Chenyang SUN, Gang FANG

Air Traffic Control and Navigation College，Air Force Engineering University，Xi′an 710051，China

Received:2023-12-28 Revised:2024-02-27 Online:2025-04-28 Published:2025-04-30

摘要/Abstract

摘要：

对目标三维成像的研究是进行特征提取与识别的重要途径。卫星和弹道导弹等空间目标通常具有进动的运动属性，可用来进行目标的特征提取和识别。进动目标相对于传统逆合成孔径雷达（inverse synthetic aperture radar，ISAR）转台成像目标通常具有快速旋转的特性，利用传统成像方法通常面临越距离单元徙动问题。建立了多基站空间微动目标三维模型，并对微动成像原理进行了分析，推导了不同视角下雷达视线、目标进动轴与成像平面之间的关系，进而提出了散射中心三维重构方法。通过对多基站ISAR图像及模型的分析，完成了不同基站ISAR图像散射中心的关联，最终实现了目标的三维成像。仿真实验证明了所提方法能有效实现微动目标的三维成像。

关键词: 雷达图像处理, 三维成像, 进动, 多基站, 散射中心关联

Abstract:

The research on target’s three-dimensional imaging is of significant meaning in feature extraction and recognition. Precession is the typical micromotion for cone-shaped space targets， such as warhead and satellites， which can be used for target feature extraction and identification. Inverse synthetic aperture radar （ISAR） imaging of a precession target， which is a kind of fast spinning target， is faced with migration through range cell when we use traditional imaging algorithms. Target’s micro-motion model is built and the theory of micro-motion imaging is analyzed. The relationship among radar’s line of sight， direction of target’s precession axes and imaging plane is derived. A new three-dimensional reconstruction method of scattering centers is proposed. With the analysis of multi-static ISAR image and the micro-motion model， the association of scattering centers in different station’s ISAR image is built. The target’s three-dimensional imaging is accomplished. Simulation experiments show the presented method is efficient in micro-motion target’s three-dimensional imaging.

Key words: radar imaging processing, three-dimensional imaging, precession, multi-static, scattering centers association

中图分类号:

TN957.52

何兴宇, 孙晨阳, 方钢. 多基站ISAR空间微动目标三维成像方法[J]. 现代防御技术, 2025, 53(2): 141-148.

Xingyu HE, Chenyang SUN, Gang FANG. Multi-static ISAR Three-Dimensional Imaging of Spatial Micro-motion Target[J]. Modern Defense Technology, 2025, 53(2): 141-148.

图/表 6

图1 进动目标成像原理

Fig. 1 Precession target imaging principle

图2 各基站ISAR图像

Fig. 2 ISAR images of different statics

图3 多基站关联目标三维成像

Fig. 3 3-D image based on multi-static

表1 多基站目标三维成像误差分析

Table 1 Error analysis of multi-static 3-D image m

基站1/2

关联

基站1/3

关联

基站2/3

关联

基站1/2/3

关联

x

y

z

表1 多基站目标三维成像误差分析

Table 1 Error analysis of multi-static 3-D image m

误差

基站1/2

关联

基站1/3

关联

基站2/3

关联

基站1/2/3

关联

x

方向

0.076 0

0.172 4

0.112 4

0.103 9

y

方向

0.014 0

0.182 6

0.011 0

0.006 0

z

方向

0.181 3

0.196 6

0.155 7

0.172 6

图4 文献［19］三维成像结果

Fig. 4 3-D image by reference ［19］

表2 不同方法MSE和计算时间

Table 2 Computation time and MSEs of different methods

不同成像方法		MSE	计算时间/s
本文方法	基站1/2关联	0.213 7	1.26
	基站1/3关联	0.302 4	1.23
	基站2/3关联	0.194 6	1.18
	基站1/2/3关联	0.183 0	2.09
文献［19］方法		0.276 6	3.55

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