步进频率波形的ISAR二维成像仿真项目

资 源 简 介

本项目通过MATLAB平台实现基于步进频率波形(SFWF)的逆合成孔径雷达(ISAR)成像仿真。系统核心功能在于演示如何利用目标的非合作旋转运动和步进频率信号合成高分辨率的二维图像。在实现过程中，程序通过发射一系列频率离散增长的脉冲信号，即步进频率波形，利用逆快速傅里叶变换(IFFT)将收集到的频域回波数据转换到时域，生成具有高距离分辨率的一维距离像。由于步进频率能够通过合成带宽的方式在不增加瞬时带宽的前提下获得极大的有效带宽，因此可以实现极高的距离向分辨率。随后，程序通过相干积累多组步进序列回波，利用目

详 情 说 明

基于步进频率波形的ISAR二维成像仿真项目

项目介绍

本项目是一个基于MATLAB平台的逆合成孔径雷达（ISAR）成像仿真系统。其核心目标是演示步进频率波形（SFWF）在探测非合作旋转运动目标时的成像机理。通过在频域发射一系列离散增加的频率脉冲，系统能够在不依赖高瞬时带宽的情况下，利用合成带宽技术实现极高的距离向分辨率。同时，利用目标相对雷达的转动产生的多普勒频率差异，实现方位向（横向）的分辨，最终重构目标的高分辨率二维几何图像。

功能特性

1. 完整波形仿真：实现了步进频率信号从起始频率、频率步进间隔到总合成带宽的完整参数化建模。
2. 散射中心模型：构建了一个由10个离散散射点组成的典型飞机形状模型，支持自定义反射率和几何空间分布。
3. 动态几何仿真：基于旋转矩阵实时计算目标在不同观测时刻的旋转角度，模拟目标在远场近似条件下的瞬时距离变化。
4. 全流程信号处理：涵盖了回波数据的解调、加窗抑制副瓣、逆快速傅里叶变换（IFFT）合成一维距离像以及多普勒频率分析。
5. 多维度结果观测：提供从原始回波幅度/相位、一维距离像序列到二维ISAR影像及其三维能量分布的全面可视化演示。

使用方法

1. 环境配置：准备好安装有MATLAB R2016b或更高版本的计算机环境。
2. 运行程序：直接运行主程序脚本。
3. 观测输出：程序将自动弹出图形窗口，展示仿真设置的目标模型和最终的成像处理结果。
4. 参数分析：通过命令行终端可以查看系统计算出的合成带宽及理论距离分辨率等关键指标。

系统要求

1. 软件环境：MATLAB (推荐 R2018a 及以上版本)。
2. 硬件需求：标准桌面级CPU，4GB以上内存（由于采用方阵运算，内存需求极低）。

实现逻辑说明

1. 参数初始化与带宽合成

程序首先定义光速、10GHz的起始频率以及10MHz的频率步进间隔。通过128个频率点的积累，合成总计1.28GHz的有效带宽。这一步骤决定了雷达的理论距离分辨率（约0.1172米）。

1. 目标几何与旋转建模

设置10个散射点的局部坐标与反射强度。仿真中设定目标中心位于10公里处，并以0.05 rad/s的恒定角速度转动。在每一个脉冲组（Burst）开始时，通过旋转矩阵更新散射点在雷达坐标系下的相对位置。

1. 频域回波合成

程序通过两层嵌套循环生成回波：外层循环遍历方位向的128个脉冲组，内层循环遍历每一组内的128个频率采样点。回波强度由各散射点反射率加权合成，相位信息由载波频率与瞬时距离通过往返时延计算获得。

1. 噪声注入

计算原始回波信号的平均功率，并根据预设的25dB信噪比生成复高斯白噪声。将噪声叠加至频域回波矩阵中，以模拟真实的电磁环境。

1. 距离向处理（Range Processing）

对每一列频域采样数据施加海明窗（Hamming Window）以降低副瓣水平。随后进行逆快速傅里叶变换（IFFT），将频域信息转换为时域脉冲响应，生成高分辨率一维距离像（HRRP）。

1. 方位向处理（Cross-range Processing）

对一维距离像序列在时间维度上进行海明加窗，并执行快速傅里叶变换（FFT）。结合中心频率平移（fftshift），提取各距离单元随时间变化的多普勒频率，从而区分目标不同部分的横向空间位置。

关键算法与实现细节分析

1. 步进频率成像原理

程序利用了SFWF与IFFT的对应关系。对于每一个频率分量，目标散射点的距离变化反映在相位的变化上。通过对等间隔采样频率的回波进行IFFT，能够将频域重叠的信号分量在时间轴（即距离轴）上展开。

1. 窗函数应用

代码在IFFT和FFT处理前均使用了repmat生成的二维海明窗。在距离向，窗函数减轻了由频谱截断引起的吉布斯效应（副瓣干扰）；在方位向，窗函数改善了由于有限观测时间带来的多普勒频率泄露。

1. 分辨率与比例尺映射

程序通过计算得到的距离分辨率 delta_R 和无模糊距离 R_unamb 对坐标轴进行映射。在一维距离像中，纵轴被映射为米单位的相对距离；在二维ISAR图中，通过多普勒频率与物理横向距离的线性关系，实现了方位向的度量化显示。

1. 动态旋转矩阵

通过 Rot_Mat 实时处理散射点坐标，准确模拟了非合作目标绕中心旋转时，各部位相对于雷达视线的径向距离变化速度不一致的现象，这是ISAR方位向能够成像的物理基础。