作者：刘霞 导师：赵永波 学科:信号与信息处理 联系电话：13636804294 Email：liuxia2022@
入学时间:2004 年 9 月
SISAR 功率谱特征提取方法
刘霞,赵永波,张婷
(西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室 710071)
摘要：本文主要研究了对 SISAR 全息信号功率谱归一化处理获得识别特征的方法。通过分析侧影成像全息 信号和目标侧影雷达截面积的关系，导出由计算雷达截面积的方法得到谱密度。对功率谱密度幅度归一化 作为目标识别特征，该特征几乎不受雷达配置，目标高度及衍射角的影响。仿真验证了所提方法的可行性。 关键词：侧影成像，特征提取，功率谱
G&E
(ω )
2
的最大值
G&E
(ω
)
2 max
得归一化的全息信号功率谱：
∫∫ GN (ω ) =
G&E (ω ) 2 G&E (ω ) 2max
=
G&H
(−
ω V
)
2
G&H
(−
ω V
)
2
max
=
∞ H&(η ) exp[ j ω ]dη 2
−∞
V
∞ H&(η ) exp[ j ω ]dη 2
−∞
V
max
a1 = 00 其余仿真条件不变可以得到如图 4（a），(b)所示的归一化功率谱密度。
图 3（a）目标 1 全息信号归一化功率谱密度
图 3（b）目标 2 全息信号归一化功率谱密度
图 4(a)目标 1 不同速度下全息信号归一化功率谱密度图 4(b)目标 2 不同速度下全息信号归一化功率谱密度
仿真结果表明衍射角 a1 的变化主要导致副瓣的非对称，而瓣宽 Δfe 基本保持不变，旁瓣 的衰减率某种程度取决于 a1 。仿真所得目标全息信号功率谱归一化处理后,其波形只取决于 目标侧影轮廓的形状,有效带宽 Δfe = V / l 以及轨迹参数 x0 和ψ 决定的衍射角,与ψ 无关。
的波长； h(η ), c(η )分别为η 对应的侧影轮廓上下边沿的高度差及其中线高度坐标，
( ) ( ) α1 = z0b ((b − x p )x p ) ； k = 2π / λ .图 1 r1 = x2 + y 2 + z 2 1/ 2 r2 = ( ) b − x 2 + z2 + y2 1/ 2
G&E (ω ) 2
=
(2π
/ γ ) Q&2
G&H ( −ω2ຫໍສະໝຸດ /V )≈λ2
Q&2
σ
(a1 ,
ω kV
) /( 2γ )
(9)
由此可以得出:当利用 SISAR 方法计算谱密度时,可以用计算雷达截面积的方法计算,然后按
照 a2 ⎯⎯→ω /(kV ) 的映射关系变换得到谱密度。
3.仿真分析与结论
图 2(a),(b)是米格系列某两型号飞机目标 1,2 侧影轮廓
Key words :shadow inverse synthetic aperture radar; feature extraction; power spectrum
1引言
阴影逆合成孔径雷达(SISAR)是一种利用前散射进行无线电探测和定位的双基地雷达, 该双基地雷达具有以下特点: 当目标处于接收机和发射机连线附近时,目标的前向散射雷达 截面积(RCS)急剧增大;目标的前向散射RCS与目标的外形和是否涂敷吸波层无关,只与目标 的阴影面积和波长有关, 因此该雷达可以对低空、陆地和海面上的低可探测性目标(如隐形 目标) 进行检测、识别(成像) 和跟踪.成像可以获得目标阴影轮廓像,由目标的阴影面积可 以获得雷达面积(RCS),目标的阴影轮廓为每一种目标所独有. 文献[1 ,2 ]介绍了双基地雷 达侧影成像的原理. 文献[2 ]重点研究了去噪和侧影成像的方法. 文献[3 ]研究的是利用侧 影像幅度信息提取目标识别特征的方法,该方法在失真较小前提下,可以得到与目标阴影一 致的几何形状,但提取的特征受目标飞行高度,垂直衍射角影响较大;另一方面归一化极点距 离判断方法时,没有充分利用好目标像有效的幅度信息。文献[4]研究了目标利用侧影像相位 重构侧影轮廓中线相位的问题及侧影轮廓中线相位的识别特征的提取方法,中线相位的差分 处理可以排除目标飞行俯仰角对目标识别带来的影响,但中线相位恢复同样要求衍射角尽可 能小,对飞行较高的目标识别适应性不大。为此，本文通过分析侧影成像全息信号和目标侧 影雷达截面积的关系，推导出由计算雷达截面积的方法得到谱密度。对功率谱密度幅度归一 化和频率轴上的展缩处理作为目标识别特征的一种新方法，提取的特征几乎不受雷达配置﹑ 目标高度及衍射角的影响，整个处理方法也较为简单，受目标运动轨迹影响小。改进的归一 化处理方法还可以克服噪声对识别分类的影响。
G&E (ω ) = Q&
2π γ
exp[ − j ω 2 2γ
+
j
π 4
]G&H
(−
ω V
)
(5)
其中 G&H ( y ) =
∞
∫
H&(η
)
exp[
−
jy η
]dη
为目标复侧影像的傅氏谱。因此得功率谱密度函数：
−∞
G&E (ω ) 2
=
2π γ
Q&2
G&H
(−
ω V
)
2
（6）
对
G&E
(ω
)
2
做归一化处理，取
1.SISAR基本理论
SISAR的几何配置如图1所示。设空间延展目标在基线OB附近做水平匀速直线运动。辐射
源置于坐标系 n1 ≈ a1 的原点 Ο ，接收点在坐标系横轴 B(b,0,0)处。η ，ς 是直角坐标系
（ξ ,η,ς ）中 (η,ς ) 平面的坐标，其原点为目标的中心点P，两坐标系对应轴相互平行。目
（2）
o
r1
ξ
V
r3
r2
Q& =
k sinψ 2πjr1r2
exp(
jkb +
jΩ
2
z
2 0
)
(3)
x0
ψ
B(b,0,0)
图1 SISAR雷达及目标的几何关系示意图
式中: γ = 2Ω2V 2 sin 2 ψ ,其中 Ω = π / λ[1/ xp +1/(b − xp)] , λ 为 SISAR 发射端发射
2.2 谱密度计算
在远场小衍射角区域内，目标的阴影雷达截面积(RCS)可表示 为[5]
（7）
2
∫∫ σ (a1 , a 2 )
=
4π λ2
exp[ jk (a1ς + a 2η )]dςdη
（8）
其中 a1 ，a2 分别是衍射角垂直和水平分量。如果 a1 很小的时候,有 sin a1 ≈ a1 ,则 n1 ≈ a1 ,所 以把式(2)和式(4)带入式(6)中, 且令 a2 = ω / kV 就可以得到如下的关系式
( ) 标以速度V与x 轴成角度ψ 运动。
下的关系 式[1,2] :
x0 , y0 , z0
表示目标穿越基线时的位置.图1坐标系中有如 ς
η
∫ E&(t )
=
∞
Q& H&(η
−∞
)
exp
⎡ ⎢⎣
j
γ 2
(η V
+
t
)
2
⎤ ⎥⎦
dη
(1)
z
y
P
c(η)+h(η)/ 2
H&(η) = ∫ exp(ikςn1(t)) dς c(η)−h(η)/ 2
( ) 2r3.=功x率2 +提y2 取1/2 ， n1 = sin a1 = zxb / r1r2r3 .
2.1 傅氏谱分析
由前面的目标全息信号表达式如果对(1)式做傅氏谱分析可以得到如下表达式:
∞
G&E (ω ) = ∫ E&(t ) exp( − jω t )dt
(4)
−∞
依据(1)式,可变化(4)式到：
Abstract:This paper presents a new method of extracting target recognition feature using the normalization of the power spectrum of SISAR. The relationship of the radio holographic signal with the radar cross section (RCS) of targets is induced. An method of calculating the power spectral density by calculating the RCS of target. is presented. Target recognition features are extracted by means of normalization of the power spectral density ,which reduces the influence of the parameters of radar configure, the altitude and the elevation angle variety of the target. Finally the validity of the extraction method is verified by the simulation results elevation angle variety of the target.