專利名稱：基于isar像序列的散射點(diǎn)三維位置重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種基于ISAR(逆合成孔徑雷達(dá))像序列的散射點(diǎn)三維位置重構(gòu)方法，特別涉及到如何利用雷達(dá)目標(biāo)散射點(diǎn)在ISAR成像面上的二維投影信息，利用秩理論和投影空間的正交性，通過對(duì)已知的觀測矩陣進(jìn)行奇異分解的方法來實(shí)現(xiàn)目標(biāo)散射點(diǎn)的三維位置重構(gòu)，屬于雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的不斷發(fā)展，雷達(dá)已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了“檢測和測距”的初始含義，從目標(biāo)參數(shù)測量進(jìn)入特征測量的新階段，雷達(dá)的基本功能從檢測和定位擴(kuò)展到特征獲取和目標(biāo)識(shí)別，散射中心模型為光學(xué)區(qū)雷達(dá)目標(biāo)的電磁散射現(xiàn)象提供了簡潔精練、物理含義明確的描述手段，成為目標(biāo)特性分析和目標(biāo)識(shí)別研究的基礎(chǔ)。我們知道，散射點(diǎn)分布與目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)存在對(duì)應(yīng)關(guān)系，為目標(biāo)識(shí)別和攻擊點(diǎn)選擇提供了重要依據(jù)。散射點(diǎn)空間分布特征是高分辨雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的基礎(chǔ)，也是發(fā)掘?qū)拵Ц叻直胬走_(dá)目標(biāo)識(shí)別新機(jī)理、新方法的重要途徑。傳統(tǒng)的寬帶雷達(dá)和合成孔徑雷達(dá)主要獲取目標(biāo)的一維和二維散射點(diǎn)投影信息。由于目標(biāo)處在三維空間中(不考慮時(shí)間參數(shù))，同一個(gè)目標(biāo)可以有無窮多的一維和二維散射中心模型，因此從描述目標(biāo)的角度考慮，對(duì)目標(biāo)散射點(diǎn)進(jìn)行三維重構(gòu)是必然的趨勢。三維重構(gòu)既是計(jì)算機(jī)領(lǐng)域中的經(jīng)典問題(可稱光學(xué)重構(gòu))，也是雷達(dá)成像領(lǐng)域的重點(diǎn)研究難題。光學(xué)重構(gòu)與雷達(dá)重構(gòu)的共同之處在于，它們都是利用不同觀測角下的低維圖像重構(gòu)三維幾何體，區(qū)別在于光學(xué)重構(gòu)是基于針孔相機(jī)模型，利用了不同深度的物體在平面圖上的透視關(guān)系，而雷達(dá)重構(gòu)是基于遠(yuǎn)場平面波假設(shè)，不存在透視效果，利用的是散射點(diǎn)在成像平面上的投影關(guān)系。目前，雷達(dá)一維及兩維成像技術(shù)發(fā)展已相對(duì)比較成熟，通過雷達(dá)重構(gòu)技術(shù)獲取散射點(diǎn)三維空間分布特征的方法主要有兩種一種是基于目標(biāo)一維高分辨距離像序列，另一種是基于目標(biāo)二維像序列。通過寬帶雷達(dá)可獲取目標(biāo)的一維高分辨像，它是散射點(diǎn)在雷達(dá)視線方向上的一維投影分布，能部分地反映目標(biāo)的幾何特征且信息獲取比較容易，但它攜帶的信息不夠充分且十分敏感于目標(biāo)的姿態(tài)變化，一般只能在已知雷達(dá)觀測角信息或已關(guān)聯(lián)散射點(diǎn)的條件下進(jìn)行三維重構(gòu)，然而對(duì)于實(shí)際的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行重構(gòu)時(shí)，雷達(dá)觀測視角很難準(zhǔn)確獲取，使得無法正常成像。相比一維像，二維像提供了更豐富的目標(biāo)信息，二維成像主要以逆合成孔徑雷達(dá) (ISAR)成像為主，它是利用目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)，獲取目標(biāo)在雷達(dá)視線方向和多普勒橫向上的投影信息。目前采用的較多的是干涉ISAR成像技術(shù)，利用方位角相同、俯仰角不同的多幅ISAR圖像的相位關(guān)系來估計(jì)散射點(diǎn)的高度信息。但干涉ISAR在測高時(shí)，存在同一投影位置上多散射點(diǎn)的干擾且受到高度采樣間隔的限制，同時(shí)干涉ISAR方式對(duì)測量參數(shù)， 數(shù)據(jù)質(zhì)量和信號(hào)處理能力的要求都較高，一般較多地應(yīng)用于對(duì)地表三維特征的測量。然而對(duì)于實(shí)際的雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，如何更好地利用ISAR像序列對(duì)其進(jìn)行三維重構(gòu)，對(duì)我們提出了挑戰(zhàn)。 本發(fā)明中，以飛行中的立體目標(biāo)為仿真對(duì)象，對(duì)其進(jìn)行了模擬ISAR成像，并在一段時(shí)間內(nèi)多次采樣獲取不同時(shí)刻的目標(biāo)ISAR像序列，從中提取出強(qiáng)散射點(diǎn)對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)的位置信息組成觀測矩陣，并以此作為唯一已知信息，根據(jù)秩理論，對(duì)觀測矩陣進(jìn)行奇異分解，利用投影空間的正交性這一約束，從子空間中求得位置矩陣的最佳估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)散射點(diǎn)的三維位置重構(gòu)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提出和設(shè)計(jì)一種基于ISAR像序列的散射點(diǎn)三維位置重構(gòu)方法，以光學(xué)區(qū)雷達(dá)目標(biāo)的散射中心模型為基礎(chǔ)，獲取不同時(shí)刻下目標(biāo)散射點(diǎn)在ISAR成像面上的二維投影點(diǎn)位置，將關(guān)聯(lián)后的投影點(diǎn)位置組成觀測矩陣作為已知信息，在秩理論的前提條件下，對(duì)觀測矩陣進(jìn)行奇異分解，并利用投影空間的正交性這一約束，從子空間中求得位置矩陣的最佳估計(jì)值，實(shí)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)強(qiáng)散射點(diǎn)的三維位置重構(gòu)。本發(fā)明考慮到實(shí)際中雷達(dá)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)信息獲取困難的問題，在對(duì)已有的雷達(dá)目標(biāo)三維重構(gòu)方法充分調(diào)研的基礎(chǔ)上，通過比較計(jì)算量和實(shí)現(xiàn)的難易程度等方面的性能，結(jié)合散射中心模型在三維重構(gòu)技術(shù)應(yīng)用上的優(yōu)勢，最終提出和設(shè)計(jì)出了一種基于ISAR像序列的散射點(diǎn)三維位置重構(gòu)方法。該方法充分利用二維像序列中對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)的位置變化與三維位置間的投影關(guān)系，以觀測矩陣作為重構(gòu)的唯一數(shù)據(jù)源，間接解決了雷達(dá)視角及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)難以直接獲得的問題。通過對(duì)典型運(yùn)動(dòng)目標(biāo)散射中心模型的論證和仿真計(jì)算，該方法具有重構(gòu)精度高、成像穩(wěn)定、已知信息較少、計(jì)算量較小和數(shù)據(jù)獲取容易等優(yōu)點(diǎn)，將為目標(biāo)識(shí)別評(píng)估提供更精確的目標(biāo)特性數(shù)據(jù)，大大提升雷達(dá)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別能力。本發(fā)明提出的基于ISAR像序列的散射點(diǎn)三維位置重構(gòu)方法，分為以下幾個(gè)階段(1)目標(biāo)ISAR像序列的產(chǎn)生根據(jù)ISAR成像的基本原理，將運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的成像過程公式化，得到模擬ISAR成像過程的投影矩陣方程
權(quán)利要求
1. 一種基于ISAR像序列的散射點(diǎn)三維位置重構(gòu)方法，其特征在于該方法分為以下幾個(gè)步驟(1)、目標(biāo)ISAR像序列的產(chǎn)生根據(jù)ISAR成像的基本原理，將運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的成像過程公式化，得到模擬ISAR成像過程的投影矩陣方程
2.權(quán)利要求1中所述的基于ISAR像序列的散射點(diǎn)三維位置重構(gòu)方法，其特征在于 在所述的觀測矩陣的獲取這一環(huán)節(jié)，是在未知雷達(dá)觀測視角及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的條件下進(jìn)行的，以觀測矩陣作為三維重構(gòu)唯一的數(shù)據(jù)源，通過奇異分解矩陣實(shí)現(xiàn)重構(gòu)。
全文摘要
本發(fā)明是一種基于ISAR像序列的散射點(diǎn)三維位置重構(gòu)方法，包括四個(gè)環(huán)節(jié)目標(biāo)ISAR像是基于距離-多普勒高分辨的基本原理給出目標(biāo)強(qiáng)散射點(diǎn)在徑向和橫向上的分布信息；數(shù)據(jù)聯(lián)給出的是ISAR像序列中的二維投影點(diǎn)之間的對(duì)應(yīng)關(guān)系，通過提取圖像序列中所有散射點(diǎn)的一維徑向距離信息，利用航跡起始法實(shí)現(xiàn)；觀測矩陣的獲取是通過一段時(shí)間的采樣獲取目標(biāo)ISAR像序列，數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)后，由序列中所有對(duì)應(yīng)投影點(diǎn)的二維位置坐標(biāo)組合而成，構(gòu)成三維重構(gòu)的已知信息；位置矩陣的求解是通過對(duì)觀測矩陣進(jìn)行奇異分解，利用秩理論，以投影空間的正交性為約束條件，從子空間中求得目標(biāo)散射點(diǎn)三維位置矩陣的最佳估計(jì)，即得到目標(biāo)的三維重構(gòu)圖像。
文檔編號(hào)G01S13/90GK102353945SQ20111017453
公開日2012年2月15日 申請(qǐng)日期2011年6月27日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月31日
發(fā)明者文亞亞, 王俊, 禹娟, 蔡多多, 魏少明 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)