專利名稱：一種逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)信號處理領(lǐng)域，特別是涉及一種基于逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)方法。
背景技術(shù)：
現(xiàn)代雷達(dá)的基本功能已從目標(biāo)的檢測和定位擴(kuò)展到了特征獲取和目標(biāo)識別。雷達(dá)目標(biāo)的散射中心模型能夠反映目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)特征，為雷達(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。相比于一維和二維散射中心模型，目標(biāo)的三維散射中心模型能提供更加豐富和準(zhǔn)確的目標(biāo)特征信息；對散射中心 高維特征的深入研究也是發(fā)掘雷達(dá)目標(biāo)識別新機(jī)理、新方法的重要途徑；處于三維空間中的目標(biāo)的一維和二維散射中心模型是不確定的，而三維散射中心模型則是唯一的，因此，對雷達(dá)目標(biāo)的散射中心進(jìn)行三維重構(gòu)是必然的研究趨勢。逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)是指對運動目標(biāo)成像的雷達(dá)，通常ISAR目標(biāo)的三維散射中心重構(gòu)方法有以下3種:1.直接三維成像進(jìn)而提取三維散射中心直接將接收到的ISAR目標(biāo)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行三維傅里葉變換得到三維圖像，進(jìn)而提取三維散射中心，原理較為簡單，但數(shù)據(jù)量大，成像目標(biāo)必須是合作目標(biāo)。2.采用兩部雷達(dá)協(xié)同工作的干涉ISAR(InISAR)方法利用兩副天線同時觀測(單軌雙天線模式)或兩次近平行觀測(重復(fù)軌道模式)獲得同一目標(biāo)的兩景數(shù)據(jù)，優(yōu)點是無需目標(biāo)的運動先驗信息即可成像，但此方法需要兩部雷達(dá)協(xié)同工作，成本和技術(shù)實現(xiàn)要求很高，且得到的并非真正的三維像，不能分辨在同一個距離和方位分辨單元內(nèi)的高度不同的散射中心。3.聯(lián)合多幅二維圖像重構(gòu)目標(biāo)的三維散射中心利用多幅二維圖像進(jìn)行三維散射中心重構(gòu)，它是基于“兩幀ISAR圖像可以看成是從不同的角度得到的圖像”這一思想。該方法在獲取多幀ISAR 二維像的基礎(chǔ)上，分別提取并匹配圖像中的散射中心，根據(jù)連續(xù)兩幀圖像中散射中心的坐標(biāo)和運動軌跡估算出每個散射中心的第三維坐標(biāo)值，從而完成三維散射中心重構(gòu)。該方法可以實現(xiàn)目標(biāo)的三維散射中心重構(gòu)，無需很多的先驗信息，但目標(biāo)的運動狀態(tài)(如散射中心有遮擋)可能會使圖像中的散射中心無法完全匹配，這會直接影響重構(gòu)結(jié)果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種利用ISAR 二維圖像序列進(jìn)行目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)的方法，以克服現(xiàn)有技術(shù)中計算量較大、需要較多目標(biāo)先驗信息、無法分辨在同一個距離和方位分辨單元內(nèi)的多個高度不同的散射中心的缺陷。本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案包括以下步驟:1、在觀測時間內(nèi)，對經(jīng)過運動補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)成像，得到ISAR 二維圖像序列；本步驟要求在觀測時間內(nèi)，目標(biāo)近似勻速運動，目標(biāo)相對雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)角速度變化小于0.05rad/s,且總轉(zhuǎn)動角度小于30°。2、對所得ISAR 二維圖像序列分別進(jìn)行橫向和縱向定標(biāo)，得到能反映目標(biāo)真實尺寸的圖像，獲取散射中心的位置坐標(biāo)；本步驟根據(jù)ISAR 二維圖像的橫向分辨率δ χ = λ / (2 Λ θ ) = λ / (2 Ω Τ)和縱向分辨率Sy = c/(2B)完成目標(biāo)的橫向和縱向定標(biāo)，其中，λ為雷達(dá)波長，Δ Θ是指“觀測時間內(nèi)成多幅成像中，單幀圖像成像時間內(nèi)目標(biāo)相對于雷達(dá)視線的轉(zhuǎn)角”，Ω為成像時間內(nèi)目標(biāo)轉(zhuǎn)動的角速度，T為成像時間，c為光速，雷達(dá)帶寬B已知，則可求得SyW而完成縱向定標(biāo)；估算在成像時間內(nèi)目標(biāo)的角速度Ω，進(jìn)而求得6；￡完成橫向定標(biāo)。公知的有多種估算方法,如特顯點法、RAT法等，本文采用基于FrFT的方法。3、分別提取每一幀ISAR 二維圖像中的散射中心位置坐標(biāo)，并將相鄰兩幀ISAR 二維圖像的散射中心進(jìn)行幀間匹配；4、分別計算相鄰兩幀ISAR 二維圖像散射中心的位移速度場，結(jié)合正投影模型的投影方程和目標(biāo)運動方程求得第三維坐標(biāo)的估計值，再將多個(個數(shù)為ISAR二維圖像的幀數(shù)減I)估計值進(jìn)行平均，得到最終的第三維坐標(biāo)值，即完成目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)。本步驟中，反映目標(biāo)實際尺寸的ISAR 二維圖像相當(dāng)于3-D目標(biāo)在2_D平面上的正投影，且目標(biāo)尺寸遠(yuǎn)小于到雷達(dá)的距離相，因此，將正投影模型應(yīng)用于雷達(dá)目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)中；ISAR 二維圖像序列為散射中心的速度流點(x，y，ux，uy)的集合，其中，(ux，uy)為ISAR圖像中散射中心的位置坐標(biāo)點(x,y)在幀間的位移速度，有
權(quán)利要求
1.一種逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)方法，其特征在于包括下述步驟: 1)在觀測時間內(nèi)，對經(jīng)過運動補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)成像，得到ISAR二維圖像序列； 2)對所得ISAR二維圖像序列分別進(jìn)行橫向和縱向定標(biāo)，得到能反映目標(biāo)真實尺寸的圖像，獲取散射中心的位置坐標(biāo)； 3)分別提取每一幀ISAR二維圖像中的散射中心位置坐標(biāo)，并將相鄰兩幀ISAR 二維圖像的散射中心進(jìn)行幀間匹配； 4)分別計算相鄰兩幀ISAR二維圖像散射中心的位移速度場，結(jié)合正投影模型的投影方程和目標(biāo)運動方程求得第三維坐標(biāo)的估計值，再將多個估計值進(jìn)行平均，個數(shù)為ISAR 二維圖像的幀數(shù)減1，得到最終的第三維坐標(biāo)值，即完成目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)方法，其特征在于:所述的步驟I)中，目標(biāo)相對雷達(dá)的旋轉(zhuǎn)角速度變化小于0.05rad/s，且總轉(zhuǎn)動角度小于30。。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)方法，其特征在于:所述的步驟2)根據(jù)ISAR 二維圖像的橫向分辨率δχ= λ/(2Δ θ) = λ/(2ΩΤ)和縱向分辨率Sy = c/(2B)完成目標(biāo)的橫向和縱向定標(biāo)，其中，λ為雷達(dá)波長，Λ Θ是指單幀圖像成像時間內(nèi)目標(biāo)相對于雷達(dá)視線的轉(zhuǎn)角，Ω為成像時間內(nèi)目標(biāo)轉(zhuǎn)動的角速度，T為成像時間，c為光速，雷達(dá)帶寬B已知，則可求得δ y從而完成縱向定標(biāo)；估算在成像時間內(nèi)目標(biāo)的角速度Ω，進(jìn)而求得6；￡完成橫向定標(biāo)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)方法，其特征在于:所述的估算在成像時間內(nèi)目標(biāo)的角速度Ω采用基于FrFT的方法。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)方法，其特征在于:所述的步驟4)中，ISAR 二維圖像序列為散射中心的速度流點(x，y，ux，uy)的集合，其Uix dx / di中，(ux，uy)為ISAR圖像中散射中心的位置坐標(biāo)點(x，y)在幀間的位移速度，有
全文摘要
本發(fā)明提供了一種逆合成孔徑雷達(dá)的目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)方法，對經(jīng)過運動補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行連續(xù)成像得到ISAR二維圖像序列；對所得ISAR二維圖像序列分別進(jìn)行橫向和縱向定標(biāo)，獲取散射中心的位置坐標(biāo)；分別提取每一幀ISAR二維圖像中的散射中心位置坐標(biāo)，計算相鄰兩幀ISAR二維圖像散射中心的位移速度場，結(jié)合正投影模型的投影方程和目標(biāo)運動方程求得第三維坐標(biāo)的估計值，再將多個估計值進(jìn)行平均，得到最終的第三維坐標(biāo)值，即完成目標(biāo)三維散射中心重構(gòu)。本發(fā)明不需要額外的系統(tǒng)硬件代價，能夠分辨在同一個距離和方位分辨單元內(nèi)的不同高度的散射中心，無需利用雷達(dá)的觀測視角等先驗信息，計算量相對較小。
文檔編號G01S7/41GK103217674SQ201310139380
公開日2013年7月24日 申請日期2013年4月22日 優(yōu)先權(quán)日2013年4月22日
發(fā)明者何華兵, 謝松云, 許家棟, 李棟 申請人:西北工業(yè)大學(xué)