基于时空注意力 -Seq2Seq网络的 ISAR包络对齐方法

来源：信号处理杂志 2024年第9期北京时间：

作者：李文哲, 李开明, 岳屹峰, 王金昊, 许慧革, 罗迎

摘要：包络对齐是逆合成孔径雷达（Inverse Synthetic Aperture Radar， ISAR）成像中平动补偿处理的第一步，包络对齐的精度对于方位聚焦和成像质量具有重要影响。针对稀疏孔径和低信噪比条件下传统的包络对齐算法性能显著降低的问题，本文提出一种基于时空注意力-Seq2Seq网络的包络对齐方法。该网络模型以门控循环单元为编码解码单元，针对点目标距离像包络的能量分布特征对空间注意力机制进行改进后，添加时间和空间两维注意力机制形成对ISAR距离像回波包络进行对齐的能力。数据生成方面，基于电磁波仿真参数和目标运动仿真参数进行成像模拟仿真构造了ISAR回波数据集，经过8倍插值后输入网络进行训练，使网络学习到从未对齐回波到对齐回波的映射关系。所提方法以离线训练代替在线相关计算，融合了Seq2Seq模型在处理序列到序列问题上的结构优势、时间注意力机制在捕捉长期依赖关系和空间注意力机制在提取区域特征上的突出能力，实现了稀疏孔径和低信噪比条件下对距离-慢时间域ISAR回波的自动对齐。通过向训练好的时空注意力-Seq2Seq网络输入未对齐的回波序列，网络可以在不改变回波相位结构的前提下自动实现包络对齐。仿真和实测数据对齐结果表明，和传统的包络对齐方法相比，所提方法在稀疏孔径和低信噪比条件下优势明显，在欠采样率为50%、信噪比为0 dB条件下对雅克-42飞机实测回波数据的包络对齐实验中，该方法将循环移位误差由39、26减小至6，将成像结果的图像熵由4.58、4.22减小至1.71，验证了其良好性能。

关键词：‍‍逆合成孔径雷达成像, 包络对齐, 时空注意力机制, Seq2Seq模型