專利名稱：一種逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，更具體地，本發(fā)明涉及一種逆合成孔徑雷 達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR )可以提供非合作運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(例如飛機(jī)、艦船) 的二維圖像，增強(qiáng)后續(xù)的目標(biāo)識(shí)別能力。ISAR通過發(fā)射寬帶信號(hào)提供沿雷 達(dá)一見線方向(距離向)的高分辨能力；通過對(duì)雷達(dá)和目標(biāo)之間相對(duì)一見角的 變化進(jìn)行相干積累，提供橫向分辨能力。當(dāng)所成圖像積累的目標(biāo)視角變化 較小時(shí)，采用高效的FFT處理可獲得目標(biāo)的距離-多普勒(RD)圖像。
由于ISAR通常針對(duì)非合作目標(biāo)成像，因此，目標(biāo)等效轉(zhuǎn)動(dòng)的估計(jì)(即 雷達(dá)和目標(biāo)之間相對(duì)視角的變化)非常重要，這是因?yàn)榇嬖谙率鰞蓚€(gè)方面 的需求首先，ISAR圖像定標(biāo)的需要。雖然ISAR所成圖像的距離向分辨 率取決于雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的帶寬，其通常是一個(gè)已知量；但是圖像的橫向分 辨率取決于相干積累時(shí)間內(nèi)相對(duì)視角的變化量，對(duì)于非合作目標(biāo)成像而言， 通常是未知的。只有對(duì)該視角變化量進(jìn)行準(zhǔn)確的估計(jì)，才能夠?qū)SAR圖像 的橫向進(jìn)行定標(biāo)，用于后續(xù)目標(biāo)識(shí)別。其次，ISAR成像運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)男枰?當(dāng)成像所積累視角變化較大時(shí)，可能出現(xiàn)跨分辨單元徙動(dòng)(MTRC)問題， 引起圖像模糊；同時(shí)，當(dāng)存在非勻速的目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生圖像散焦等 問題，這些都需要根據(jù)目標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)信息進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償，提高成像質(zhì)量?，F(xiàn)有的ISAR轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)的典型方法主要有軌跡擬合法、圖像質(zhì)量法和特 顯點(diǎn)跟蹤法。軌跡擬合法通過窄帶雷達(dá)提供的目標(biāo)跟蹤數(shù)據(jù)，計(jì)算運(yùn)動(dòng)目 標(biāo)相對(duì)雷達(dá)的視角變化，估計(jì)精度通常較低。圖像質(zhì)量法采用圖像評(píng)價(jià)函 數(shù)來優(yōu)化未知的轉(zhuǎn)角參數(shù)，當(dāng)該圖像評(píng)價(jià)函數(shù)獲得極值時(shí)(此時(shí)圖像的聚 焦效果最好)，獲得相應(yīng)的轉(zhuǎn)角估計(jì)，由于此類方法需要在解空間內(nèi)進(jìn)行反 復(fù)搜索，每一次搜索都需要復(fù)雜的成像處理，例如極坐標(biāo)格式成像、巻積 逆投影成像，計(jì)算量較大。
特顯點(diǎn)跟蹤法需要跟蹤目標(biāo)上至少三個(gè)不同的孤立散射點(diǎn)，此類方法 將目標(biāo)上的回波信號(hào)近似為線性調(diào)頻信號(hào)(LFM )，通過估計(jì)LFM的起始頻 率和調(diào)頻率，并結(jié)合三個(gè)散射點(diǎn)所在的距離向位置信息，從而完成平動(dòng)補(bǔ) 償、轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償和轉(zhuǎn)角估計(jì)，該類方法的優(yōu)點(diǎn)是可以補(bǔ)償雷達(dá)相對(duì)于目標(biāo)的
勻加速轉(zhuǎn)動(dòng)影響，其主要問題是在實(shí)際情況中難以找到穩(wěn)定可靠的高質(zhì)量 孤立散射點(diǎn)。
當(dāng)雷達(dá)和目標(biāo)之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)可視為勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，產(chǎn)生了兩種新的特 顯點(diǎn)跟蹤法。 一種方法仍將散射中心的回波信號(hào)近似為L(zhǎng)FM信號(hào)，由于在 勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的情況下，同一距離單元內(nèi)的LFM信號(hào)具有相同的調(diào)頻率，通過 計(jì)算不同距離單元回波信號(hào)的模糊函數(shù)，并釆用Radon變化法檢測(cè)LFM的
調(diào)頻率，就能獲得目標(biāo)與雷達(dá)之間相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)速度的估計(jì)，結(jié)合相干積累的 時(shí)間，就可以完成轉(zhuǎn)角估計(jì)和橫向定標(biāo)工作。該方法需要計(jì)算模糊函數(shù)和 Radon變換，計(jì)算量較大，且調(diào)頻率的估計(jì)受模糊函數(shù)交叉項(xiàng)的影響較大， 精度有限。另一種方法則需要分析回波信號(hào)的高階相位系數(shù)，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng) 的情況下，散射點(diǎn)回波的三次相位系數(shù)和一次相位系數(shù)(多普勒頻率)之 間存在簡(jiǎn)單的正比例關(guān)系，且比例系數(shù)就是旋轉(zhuǎn)角速度的平方，通過對(duì)高 階相位系數(shù)進(jìn)行搜索，可以獲取關(guān)于旋轉(zhuǎn)角速度的最大似然估計(jì)。該方法需要對(duì)相位系數(shù)進(jìn)行高維搜索，計(jì)算量較大。
這些特顯點(diǎn)跟蹤法還具有一個(gè)共同的局限對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)的分析都
是針對(duì)距離單元內(nèi)的回波進(jìn)行的，而散射點(diǎn)回波駐留在同 一距離單元內(nèi)的
時(shí)間有限(特別是對(duì)于高分辨雷達(dá))；因而，信號(hào)的高階相位系數(shù)通常很
小，參數(shù)提取困難，參數(shù)提取的計(jì)算量較大，精度較低。

發(fā)明內(nèi)容
為克服現(xiàn)有技術(shù)中逆合成孔徑雷達(dá)目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)計(jì)算量大、精度低的 缺陷，本發(fā)明提出一種逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法。 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了 一種逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)
方法，包4舌
步驟IO)、根據(jù)接收到的回波數(shù)據(jù)，獲取逆合成孔徑雷達(dá)的距離-多普 勒?qǐng)D像序列；在所述圖像序列中的每幅圖像上提取相應(yīng)散射中心的位置進(jìn) 行關(guān)聯(lián)；
步驟20)、對(duì)所述每幅圖像中關(guān)聯(lián)的相應(yīng)至少兩個(gè)散射中心位置進(jìn)行 組合，獲得由散射中心位置構(gòu)成的斜率及斜率變化記錄；
步驟30)、對(duì)所述斜率變化記錄進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，根據(jù)擬合的多項(xiàng)式 系數(shù)和目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公式估計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
其中，步驟10)中，對(duì)所述回波數(shù)據(jù)進(jìn)行滑窗成像，獲取距離-多普 勒?qǐng)D像序列，其中，使用滑窗寬度確定每幅RD圖像積累的脈沖數(shù)，滑窗 寬度和滑窗步長(zhǎng)確定最終可獲得的圖像序列長(zhǎng)度。
其中，步驟10)還包括
確定散射中心附近r分貝二維主瓣的寬度， 一般情況下，r的取值為6,確定散射中心所在的區(qū)域，對(duì)所述區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上分別進(jìn)行加
權(quán)處理，得到散射中心的位置
E;/2M)，
其中，x,和力表示區(qū)域內(nèi)像素的位置，/^^表示區(qū)域內(nèi)該像素的幅度。
其中，步驟io)中，采用最鄰近方法關(guān)聯(lián)所述圖像序列中相鄰圖像所 提取的對(duì)應(yīng)的散射中心。
其中，步驟20)中，所述斜率包括多普勒-距離斜率和距離-多普勒斜 率，其中，所述的多普勒-距離斜率隨脈沖時(shí)間、的變化規(guī)律為
《朋& ) = = H。"。"腳人=H。w。 tan (《-"人)
其中，(AA)和分別為兩個(gè)散射中心在距離多普勒?qǐng)D像中的位 置，化為目標(biāo)轉(zhuǎn)速，"tan《為直線在物理平面中的斜率，//。=^由系統(tǒng)
載頻義、脈沖重復(fù)頻率X、系統(tǒng)采樣頻率X以及每幅圖像積累的脈沖數(shù)# 決定；
其中，所述的距離-多普勒斜率隨脈沖時(shí)間C的變化規(guī)律為
旭、"72—《 //。w。tan(《—w人)i/。w。 ^。 。m, 其中，/ =丕-61 。
其中，步驟20)中進(jìn)一步包括對(duì)所述組合進(jìn)行優(yōu)化，獲取得到適合斜率的組合；
所述優(yōu)化的原則包括剔除相距較小的組合以及多普勒-距離斜率過大 的組合；組合中如果距離多普勒?qǐng)D像由兩個(gè)散射中心構(gòu)成的距離-多普勒 斜率隨著圖像序列的變化存在過零現(xiàn)象，剔除所述組合。
其中，步驟30)還包括采用最小二乘法對(duì)斜率變化記錄進(jìn)行多項(xiàng)式 擬合，應(yīng)用目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公式，根據(jù)所擬合的零階和一階系數(shù)，獲得目標(biāo) 轉(zhuǎn)速。
其中，步驟30)還包括，如果所觀測(cè)的兩個(gè)散射中心的距離-多普勒 斜率的均值絕對(duì)值小于l,則根據(jù)距離-多普勒斜率變化記錄擬合目標(biāo)轉(zhuǎn)
速，否則，根據(jù)多普勒-距離斜率的斜率變化記錄擬合目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
其中，步驟30)還包括通過下述多項(xiàng)式對(duì)距離-多普勒斜率和多普 勒-距離斜率進(jìn)行擬合
"、"^ "。">《2 ^:(i+2sin2《)3 、 ^ (u=^+__^_+^^+1+2sin:、2,:+、 (u
KM m 乂 //。w。
/f。 cos2 / 。
//。 cos3 A m 3/f0 cos4 A 朋、m,
其中，^UU和^(C)為拉格朗日余項(xiàng)。
其中，步驟30)還包括
根據(jù)所述擬合的多項(xiàng)式系數(shù)和下述目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公式估計(jì)多普勒-距 離斜率的目標(biāo)轉(zhuǎn)速W。
根據(jù)所述擬合的多項(xiàng)式系數(shù)和下述目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公式估計(jì)距離-多普
勒斜率的目標(biāo)轉(zhuǎn)速其中，&v=tanA=l"。 通過應(yīng)用本發(fā)明，對(duì)ISAR系統(tǒng)接收的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行分段成像得到目 標(biāo)轉(zhuǎn)速的估計(jì)，不需要額外的系統(tǒng)硬件代價(jià)；通過在圖像域提取亞像素級(jí) 的散射中心位置，避免了散射中心參數(shù)提取的盲目性，保證估計(jì)的精度和
穩(wěn)定性；此外，與已有的定標(biāo)方法相比較，本發(fā)明的運(yùn)算量集中在散射中
心提取上，總的計(jì)算量相對(duì)較小。


圖1為根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的飛機(jī)目標(biāo)模型；
圖2為根據(jù)本發(fā)明的賣施例的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)流程圖3為基于滑窗的圖像序列獲取示意圖4為逆合成孔徑雷達(dá)信號(hào)處理流程示意圖5為基于旋轉(zhuǎn)體模型的逆合成孔徑雷達(dá)成像示意圖6為圖像序列中散射中心的提取和關(guān)聯(lián)結(jié)果示意圖7為目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)結(jié)果示意圖8為采用1024脈沖的未定標(biāo)距離多普勒?qǐng)D^f象示意圖;
圖9為采用1024脈沖的定標(biāo)距離多普勒?qǐng)D像示意圖10為采用1024脈沖的極坐標(biāo)格式定標(biāo)圖像示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和示例，對(duì)本發(fā)明提供的一種逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法作進(jìn)一步說明。
在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明所述的方法采用我國(guó)某實(shí)驗(yàn)ISAR 系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，圖1示出一個(gè)飛機(jī)目標(biāo)模型，作為本實(shí)施例中 定標(biāo)的對(duì)象。在所述實(shí)驗(yàn)ISAR系統(tǒng)中，雷達(dá)載波頻率為5. 52GHz;發(fā)射 線性調(diào)頻信號(hào)，帶寬400MHz;釆用Dechirp方式獲取脈沖壓縮信號(hào)，并 經(jīng)正交I/Q雙通道采樣，采樣頻率10MHz;等效脈沖重復(fù)頻率2GGHz;獲 取1024個(gè)脈沖進(jìn)行處理。
圖2為才艮據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)總體流程圖。如圖2所示， 首先，對(duì)接收到的回波數(shù)據(jù)，進(jìn)行平動(dòng)補(bǔ)償，獲取平動(dòng)補(bǔ)償后的脈壓數(shù)據(jù)； 對(duì)所述脈壓數(shù)據(jù)使用滑窗方式成像，獲取距離-多普勒(RD)圖像序列； 對(duì)本發(fā)明所述的方法，圖像序列中至少需要包含四幅RD圖像；如果進(jìn)行 更高階的多項(xiàng)式擬合,要求精度更高，則需要圖像序列中包含更多幅圖像。 然后，對(duì)于獲取的RD圖像序列，提取每幅圖像的相應(yīng)的散射中心位置， 并對(duì)這些散射中心位置進(jìn)行關(guān)聯(lián);任意在每一幅中對(duì)應(yīng)提取至少兩個(gè)散射 中心進(jìn)行兩兩組合，對(duì)組合進(jìn)行優(yōu)化，并獲得RD圖像域中由兩個(gè)散射中 心形成直線的多普勒-距離斜率或者距離-多普勒斜率，以及二者隨成像時(shí) 間變化的觀測(cè)記錄；擬合所述斜率變化的觀測(cè)記錄，應(yīng)用目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公 式，即可獲得目標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)信息，即得到估計(jì)轉(zhuǎn)速；進(jìn)一步，可以根據(jù)轉(zhuǎn)速 估計(jì)結(jié)果對(duì)RD圖像橫向定標(biāo)或者進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)玫綐O坐標(biāo)格式圖像，獲 得高質(zhì)量的ISAR定標(biāo)圖像。以下對(duì)所述方法進(jìn)行詳細(xì)描述。
對(duì)接收到的脈沖采用滑窗方式獲取距離-多普勒?qǐng)D像序列，首先選擇 目標(biāo)平穩(wěn)運(yùn)動(dòng)段的數(shù)據(jù)，如圖3所示，采用滑窗對(duì)接收到的目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分段成像，荻得圖像序列。兩幅圖像之間可以有脈沖重疊，取決于滑窗步 長(zhǎng)和滑窗大小，滑窗大小是指每幅圖像中相干積累的脈沖數(shù)。在本實(shí)施例
中，設(shè)定滑窗寬度為512脈沖，滑窗步長(zhǎng)為64脈沖，可以獲得9幅RD 圖像。
圖4為逆合成孔徑雷達(dá)信號(hào)處理流程示意圖，首先通過平動(dòng)補(bǔ)償去除 目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的平動(dòng)成分，得到圖5所示的轉(zhuǎn)臺(tái)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)模型。在圖4 中，對(duì)目標(biāo)的平動(dòng)補(bǔ)償通常分兩步進(jìn)行，包括回波包絡(luò)對(duì)齊和平動(dòng)初相校 正。較穩(wěn)健的包絡(luò)對(duì)齊方法主要有基于相鄰脈沖積累的回波相關(guān)法、全局 最小熵法等；較穩(wěn)健的平動(dòng)初相校正方法主要有多普勒質(zhì)心跟蹤(Doppler Centroid Tracking, DCT)法及其改進(jìn)算法，如基于圓移位處理的多普勒 質(zhì)心跟蹤(Circular Shifting based DCT， CS-DCT)法等。
在平面波照射下，通過處理目標(biāo)的寬帶回波獲得沿雷達(dá)視線方向(距 離向)的高分辨；通過對(duì)回波相干積累處理回波的多普勒頻率信息，形成 跨距離向高分辨。
圖5為基于旋轉(zhuǎn)體模型的逆合成孔徑雷達(dá)成像示意圖；如圖5所示， 設(shè)經(jīng)過平動(dòng)補(bǔ)償之后目標(biāo)以化勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，則目標(biāo)上一點(diǎn)(x。，凡)到雷達(dá)天線 相位中心(APC)的瞬時(shí)距離可表達(dá)為
尸=|/。2 +《—2r。r。cos (《— A )]"2 C - (、 cos (w人)+凡sin("人)) (1)
其中(r。A)為該散射中心位置的極坐標(biāo)，C為恒定項(xiàng)，可忽略之。 對(duì)接收數(shù)據(jù)進(jìn)行距離-多普勒UD)成像，則在某脈沖時(shí)刻。該散 射中心在離散RD圖像上的位置可表達(dá)如下
義。=i"。 C0S(《—"人)=^(X。 cos(fflA) +凡sin(wA)) (2)<formula>formula see original document page 13</formula>
其中，；i為載波波長(zhǎng)，Ai 和AD分別為RD圖像的距離柵格和多普勒柵
格大小，當(dāng)采用匹配濾波方式進(jìn)行脈沖壓縮時(shí)，
△i = i 匹配濾波方式脈沖壓縮
2/, 似
當(dāng)采用Dechirp方式進(jìn)行脈沖壓縮時(shí)，
△i = ^~^ = "^ Dechirp方式脈沖壓縮A" = l W2y 2層 M
其中，c表示電磁波傳播速度，近似為300000000米/秒，,為線性調(diào) 頻信號(hào)的調(diào)頻率，iv為一次脈沖的采樣點(diǎn)數(shù)；乂為系統(tǒng)采樣頻率；s為L(zhǎng)FM 信號(hào)帶寬；^為RD成像積累脈沖數(shù)；y;為脈沖重復(fù)頻率；j;為脈沖持續(xù) 時(shí)間。
則對(duì)于目標(biāo)上兩個(gè)散射中心^,乂)和(x，，h)，它們?cè)赗D圖像上的位置
分別為(X")和(X2，F(xiàn)2)，則可定義上述兩點(diǎn)的多普勒-距離斜率和距離-多
普勒斜率，分別為
尺朋(L ) = = A"。="，。tan(《-w人) (6)
朋、"。l + Atanw人 。。、。。m/
肥、"y廣《 //，。tan(《—w。0 、"'。" 、
其中，"。=工_《，//。=巫，"^^tan《'。 °2。
。
AAZ) ^ — x2
上式表明，在RD圖像序列中跟蹤兩個(gè)散射中心位置變化，可以用于求 解目標(biāo)的旋轉(zhuǎn)速度。
散射中心位置提取、關(guān)聯(lián)亞像素級(jí)散射中心的位置采用加權(quán)求重心的方式獲取。首先對(duì)獲取的
目標(biāo)RD圖像進(jìn)行二維插值以提高散射中心位置提取的精度。通常，為減 少計(jì)算量，可以通過FFT實(shí)現(xiàn)二維sinc插值。選擇目標(biāo)圖像中較強(qiáng)的散 射中心，通過計(jì)算該散射中心附近TdB二維主瓣的寬度，T一般取值為6, 確定散射中心所在的主要區(qū)域，對(duì)該區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上分別進(jìn)行 如下的加權(quán)處理，從而獲得更精確的散射中心位置信息。 Z Z《/2 (《,A) Z Z X/2 (A,乃)
其中x,和巧表示像素的位置，/(x,,^)表示該像素的幅度。
散射中心關(guān)耳關(guān)可采用最近鄰(nearest neighboring,麗)方法實(shí)現(xiàn)。 由于散射中心位置在相鄰兩幅圖像之間的變化很小，麗方法即可保證散 射中心關(guān)聯(lián)效果。本例中，在圖像序列中 一共提取了 8個(gè)散射中心的位置， 關(guān)聯(lián)結(jié)果如圖(6)所示。
散射中心兩兩組合，獲取斜率變化記錄
根據(jù)散射中心位置提取和跟蹤結(jié)果,任意選4,兩個(gè)散射中心的位置變 化記錄，獲得相應(yīng)的斜率變化記錄。根據(jù)算法的特點(diǎn)，需要對(duì)散射中心組 合進(jìn)行優(yōu)化。
散射中心組合的優(yōu)化原則如下
一、 刪除距離-多普勒斜率出現(xiàn)過零的組合；此現(xiàn)象表明，這兩個(gè)散 射中心在物理平面上的斜率趨向于無窮，使得后續(xù)的轉(zhuǎn)速估計(jì)誤差較大；
二、 如果所觀測(cè)的兩個(gè)散射中心的距離-多普勒斜率的均值絕對(duì)值小于l,則根據(jù)距離多普勒斜率擬合目標(biāo)轉(zhuǎn)速；否則，根據(jù)多普勒-距離斜
率的變化記錄擬合目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
在本實(shí)施案例中，所獲取的8個(gè)散射中心位置可構(gòu)成f^-28種組合，
2
根據(jù)上述優(yōu)化策略，最終采用了23種組合￡
擬合斜率記錄的變化，求解目標(biāo)轉(zhuǎn)速
采用泰勒展式，則多普勒-距離斜率隨時(shí)間的變化可近似如下
& U = 。 t肌《-~^",m + ° 。3/3 °《--^"T^+ & U
""m/ cos26>。cosj<9。 3cos'《
采用泰勒展式，則距離-多普勒斜率的擬合結(jié)果分別為
根據(jù)多普勒-距離斜率的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的估計(jì)為
根據(jù)距離-多普勒斜率的目標(biāo)轉(zhuǎn)速的估計(jì)為:
瓦 //A
(9)
,,,、tan/ L 化sinA 2 l + 2sin2y9。
2jn "、 產(chǎn)1 n、
L("=^+^X+^^+^^""U (1。)
其中，^(u和^(u為拉格朗日余項(xiàng)。
(11)
(12)
其中，&v=tan々。=l/A:。 在本案例中，經(jīng)過優(yōu)化后的23個(gè)組合提供的轉(zhuǎn)速估計(jì)結(jié)果如圖(7 ) 所示，平均轉(zhuǎn)速估計(jì)為0. 009998 rad/sec,也就是說1024個(gè)脈沖積累的 視角變化大約為2. 934 deg。輸出定標(biāo)圖像結(jié)果
根據(jù)所估計(jì)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，采用極坐標(biāo)格式成像算法(PFA)抑制可能
出現(xiàn)的越分辨單元^t動(dòng)(MTRC)現(xiàn)象，獲得良好聚焦的、定標(biāo)的ISAR二 維圖像輸出。在本例中，圖(8)是沒有目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)信息時(shí)，采用距離-多普 勒成像算法獲得的未定標(biāo)的圖像，顯然存在MTRC,而且也無法獲知目標(biāo) 的確切形狀。圖(9)是才艮據(jù)所估計(jì)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速，對(duì)距離-多普勒像橫 向定標(biāo)結(jié)果；圖(IO)是根據(jù)所估計(jì)轉(zhuǎn)速，采用PFA成像所提供的具有良 好聚焦效果且已定標(biāo)的目標(biāo)ISAR圖像，對(duì)比圖(8),經(jīng)過定標(biāo)的圖像能 較準(zhǔn)確反映目標(biāo)的形狀信息。
最后應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非對(duì)其 限制，并且在應(yīng)用上可以延伸到其他的》務(wù)改、變化、應(yīng)用和實(shí)施例，同時(shí) 認(rèn)為所有這樣的修改、變化、應(yīng)用、實(shí)施例都在本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，包括步驟10)、根據(jù)接收到的回波數(shù)據(jù)，獲取逆合成孔徑雷達(dá)的距離-多普勒?qǐng)D像序列；在所述圖像序列中的每幅圖像上提取相應(yīng)散射中心的位置進(jìn)行關(guān)聯(lián)；步驟20)、對(duì)所述每幅圖像中關(guān)聯(lián)的相應(yīng)至少兩個(gè)散射中心位置進(jìn)行組合，獲得由散射中心位置構(gòu)成的斜率及斜率變化記錄；步驟30)、對(duì)所述斜率變化記錄進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，根據(jù)擬合的多項(xiàng)式系數(shù)和目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公式估計(jì)目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
2、 權(quán)利要求1的方法，其中，步驟10)中，對(duì)所述回波數(shù)據(jù)進(jìn)行滑 窗成像，獲取距離-多普勒?qǐng)D像序列，其中，使用滑窗寬度確定每幅RD 圖像積累的脈沖數(shù)，滑窗寬度和滑窗步長(zhǎng)確定最終可獲得的圖像序列長(zhǎng) 度。
3、 權(quán)利要求l的方法，其中，步驟10)還包括 確定散射中心附近r分貝二維主瓣的寬度， 一般情況下，r的取值為6， 確定散射中心所在的區(qū)域，對(duì)所述區(qū)域內(nèi)的數(shù)據(jù)在兩個(gè)方向上分別進(jìn)行加 權(quán)處理，得到散射中心的位置其中，X,和乃表示區(qū)域內(nèi)像素的位置，/(《,^)表示區(qū)域內(nèi)該像素的幅度。
4、 權(quán)利要求1的方法，其中，步驟10)中，采用最鄰近方法關(guān)聯(lián)所 述圖像序列中相鄰圖像所提取的對(duì)應(yīng)的散射中心。
5、 權(quán)利要求l的方法，其中，步驟20)中，所述斜率包括多普勒-距 離斜率和距離-多普勒斜率，其中，所述的多普勒-距離斜率隨脈沖時(shí)間^的變化規(guī)律為L(zhǎng)(U:"^11^^。"腳人) 。""J^-Z, 。 。l + ;ttanw人 。。、° 。"其中，(A,《)和(A J2)分別為兩個(gè)散射中心在距離多普勒?qǐng)D像中的位置，化為目標(biāo)轉(zhuǎn)速，t-tan《為直線在物理平面中的斜率，//。=，，由系統(tǒng)載頻,、脈沖重復(fù)頻率,、系統(tǒng)釆樣頻率,以及每幅圖像積累的脈沖數(shù)# 決定；其中，所述的距離-多普勒斜率隨脈沖時(shí)間的變化規(guī)律為其中，/ 。=三-《。 尸0 2 0
6、 權(quán)利要求5的方法，其中，步驟20)中進(jìn)一步包括對(duì)所述組合 進(jìn)行優(yōu)化，獲取得到適合斜率的組合；所述優(yōu)化的原則包括剔除相距較小的組合以及多普勒-距離斜率過大 的組合；組合中如果距離多普勒?qǐng)D像由兩個(gè)散射中心構(gòu)成的距離-多普勒 斜率隨著圖像序列的變化存在過零現(xiàn)象，剔除所述組合。
7、 權(quán)利要求5的方法，其中，步驟30)還包括采用最小二乘法對(duì)斜率變化記錄進(jìn)行多項(xiàng)式擬合，應(yīng)用目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公式，根據(jù)所擬合的零 階和一階系數(shù)，獲得目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
8、 權(quán)利要求7的方法，其中，步驟30)還包括，如果所觀測(cè)的兩個(gè) 散射中心的距離-多普勒斜率的均值絕對(duì)值小于1，則根據(jù)距離-多普勒斜 率變化記錄擬合目標(biāo)轉(zhuǎn)速，否則，根據(jù)多普勒-距離斜率的斜率變化記錄 擬合目標(biāo)轉(zhuǎn)速。
9、 權(quán)利要求8的方法，其中，步驟30)還包括通過下述多項(xiàng)式對(duì) 距離-多普勒斜率和多普勒-距離斜率進(jìn)行擬合《加U = 加《—~+ ° 、 °《--f"T^"""^ Ucosz0。cosJ《 3cos4《^(0 = + + ,〗+ 1 + 2sin2/?！? &(:)朋、"乂 //。cy。cos2 A //0cos3 A m 3/f。cos4"。 朋、m,其中，i^(U和、(U為拉格朗日余項(xiàng)。
10、 權(quán)利要求9的方法，其中，步驟30)還包括根據(jù)所述擬合的多項(xiàng)式系數(shù)和下述目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公式估計(jì)多普勒-距 離斜率的目標(biāo)轉(zhuǎn)速c。 = F。A:w。； c！ = 一//。(1 + A:2)"。2; =>。 = +c: — i/。c,;根據(jù)所述擬合的多項(xiàng)式系數(shù)和下述目標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)估計(jì)公式估計(jì)距離-多普勒斜率的目標(biāo)轉(zhuǎn)速//。fij。 //。 H。/ 。其中，& =tanA=l/"
全文摘要
本發(fā)明公開一種逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)的目標(biāo)轉(zhuǎn)速估計(jì)方法，首先對(duì)進(jìn)過平動(dòng)補(bǔ)償之后的ISAR數(shù)據(jù)分段成像；提取圖像序列中散射中心位置信息，并對(duì)散射中心關(guān)聯(lián)；根據(jù)散射中心的位置信息，對(duì)散射中心進(jìn)行優(yōu)化組合；采用最小二乘法對(duì)多普勒-距離斜率或多普勒-距離斜率進(jìn)行多項(xiàng)式擬合；根據(jù)擬合出的多項(xiàng)式零階和一階系數(shù)，結(jié)合系統(tǒng)參數(shù)，求解目標(biāo)轉(zhuǎn)速；本發(fā)明不需要理想的“點(diǎn)”散射模型假設(shè)，同時(shí)能抑制越分辨單元徙動(dòng)對(duì)轉(zhuǎn)速的影響。圖像域的處理適合對(duì)散射中心進(jìn)行選擇，優(yōu)化估計(jì)結(jié)果。
文檔編號(hào)G01S13/00GK101620272SQ20081011607
公開日2010年1月6日 申請(qǐng)日期2008年7月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月2日
發(fā)明者葉春茂, 渝 左, 彭應(yīng)寧, 王秀壇, 稼 許 申請(qǐng)人:清華大學(xué)