基于Stretch处理的三维转台目标ISAR成像仿真系统

资 源 简 介

本程序致力于实现对三维转台目标进行逆合成孔径雷达（ISAR）成像的完整仿真流程。程序首先构建三维空间中的散射点模型，模拟目标在转台上的旋转运动状态。雷达系统发射宽带线性调频（LFM）信号，利用其高时间带宽积特性获取高距离分辨率。在接收端，程序采用Stretch（去调频）处理技术，通过将回波信号与参考信号进行混频处理，将宽带信号转换为带宽较小的差频信号，从而有效降低对实时采样率的要求并简化后续处理。程序涵盖了雷达回波信号的产生、混频解调、距离向脉冲压缩、方位向运动补偿以及基于距离-多普勒（RD）算法的成像过

详 情 说 明

基于Stretch处理的三维转台目标ISAR成像仿真系统

本系统是一套完整的逆合成孔径雷达（ISAR）成像仿真平台，专门针对三维转台目标设计。通过模拟宽带线性调频（LFM）信号发射与接收全过程，利用Stretch（去调频）技术实现高分辨率成像。系统能够精确模拟雷达回波的物理特性，并通过距离-多普勒（RD）算法重构目标的空间散射分布，适用于雷达特征分析、成像算法研究及教学演示。

功能特性

• 三维散射点建模：支持自定义目标的三维几何结构，程序内置了由多个关键散射点组成的飞机模型，涵盖机头、机身、翼尖及垂尾等特征。
• 转台运动模拟：通过旋转矩阵实现目标在转台上的动态旋转，模拟实际观测中的方位角变化，支持自定义转速与累积脉冲数。
• 低采样率去调频处理：采用Stretch处理技术，将宽带回波与参考信号混频，将大带宽信号降频为窄带差频信号。这一特性使得系统可以用远低于信号带宽的采样率（如20MHz采样1GHz带宽信号）获取高距离分辨率。
• 高精度距离-多普勒成像：集成了完整的RD成像流程，包括基于FFT的距离向压缩、多普勒频率提取以及坐标系空间映射。
• 全方位可视化分析：提供从原始回波时频域分布到二维高分辨率ISAR图像，再到理论点位对比、方位剖面分析的多维度结果展示。

系统要求

• 软件环境：MATLAB R2016b 或更高版本。
• 硬件要求：基础运算配置即可，程序对内存利用进行了优化。

模块功能与实现逻辑

程序按照雷达信号处理的标准流程，分为以下五个核心阶段实现：

#### 1. 参数初始化与场景设置 系统首先定义雷达系统参数，包括10GHz中心频率、1GHz信号带宽以及10微秒脉宽。通过计算调频斜率和中心波长，为后续处理奠定物理基础。同时设置转台旋转速度（0.05 rad/s）和相干积聚的脉冲数。

#### 2. 三维目标几何建模 在三维空间坐标系中定义目标的散射中心。程序通过一个 8x4 的矩阵构建目标模型，每一行代表一个散射点的 [x, y, z] 坐标及其散射强度补偿系数。该模型反映了目标在初始状态下的空间占位。

#### 3. 旋转运动回波产生与Stretch处理 这是系统的核心物理仿真环节，包含以下逻辑：

• 旋转演变：在每一个脉冲重复周期（PRI）内，利用旋转矩阵同步更新散射点的空间位置，模拟目标随转台的连续旋转。
• 距离投影：计算每个散射点到雷达参考面的瞬时径向距离。
• 差频信号合成：不直接生成高带宽时域回波，而是直接推导并生成Stretch处理后的混频信号相位的闭式解。相位项严格遵循物理公式，包含中心频率引起的恒定相位偏移、与距离差成比例的差频项、以及残留视频相位（RVP）项。

#### 4. 二维成像处理

• 距离向压缩：由于采用了去调频处理，回波在快时间维度的频率直接对应目标的距离信息。程序对回波矩阵进行快速傅里叶变换（FFT），直接将时域信号转变为一维距离像（High Resolution Range Profile）。
• 方位向压缩：在慢时间维度（脉冲间）对相同距离门的信号进行FFT，提取由于旋转产生的多普勒频率分布，从而获得目标的横向（cross-range）位置信息。

#### 5. 坐标映射与可视化 程序不仅生成图像，还根据雷达物理机理计算了真实的物理坐标轴：

• 距离轴转化：基于差频频率与距离的线性映射关系 $R = f cdot c / (2 cdot gamma)$。
• 方位轴转化：根据多普勒频率与旋转角速度的关系 $Delta R_{cross} = f_d cdot lambda / (2 cdot omega)$。

最终生成六路图表，直观对比仿真成像结果与理论散射模型的一致性。

关键算法细节说明

• 去调频相位模型：程序中实现的相位表达式精确包含了 $-2 pi f_c tau$ 项和受距离差影响的线性频率项。这种实现方式确保了即便在目标偏离参考距离 $R_0$ 时，依然能保持正确的相干性。
• 运动补偿：由于系统模拟的是理想转台环境，脉冲间的相干性由旋转矩阵精确控制。成像过程直接利用转速 $omega$ 补偿了方位向的比例因子，实现了从多普勒域到空间几何域的准确映射。
• 信噪比模拟：通过 awgn 函数在复基带差频信号中加入加性高斯白噪声，用以评估系统在不同感测环境下的稳健性。