一種提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種提升干涉逆合成孔徑雷達(dá)三維圖像質(zhì)量的方法，該方法包括：對(duì)回波數(shù)據(jù)預(yù)處理；利用譜估計(jì)技術(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向孔徑外推，獲得超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)；對(duì)超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像配準(zhǔn)并進(jìn)行干涉處理，得到不同譜估計(jì)技術(shù)下的三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像。數(shù)據(jù)預(yù)處理包括各天線平臺(tái)回波數(shù)據(jù)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理、天線間波程差的補(bǔ)償、Keystone變換消除越距離單元徙動(dòng)；分別利用Capon和Burg譜估計(jì)技術(shù)進(jìn)行方位向孔徑外推，獲得不同方法下的超分辨二維ISAR圖像對(duì)；通過(guò)本發(fā)明，能夠獲得高質(zhì)量的實(shí)測(cè)目標(biāo)三維視圖，對(duì)ISAR目標(biāo)識(shí)別及姿態(tài)確定具有重要的意義。
【專利說(shuō)明】一種提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及干涉逆合成孔徑雷達(dá)成像(Interferometric Inverse SyntheticAperture Radar Imaging)技術(shù)。
【背景技術(shù)】
[0002]ISAR可以全天時(shí)、全天候獲取遠(yuǎn)距離目標(biāo)的二維圖像，引起了人們的廣泛關(guān)注。通常而言，ISAR獲得的圖像是三維空間目標(biāo)在距離-多普勒平面上的投影。然而對(duì)于機(jī)動(dòng)目標(biāo)來(lái)講，其轉(zhuǎn)動(dòng)速率是未知的，這使得難以對(duì)目標(biāo)ISAR像進(jìn)行方位定標(biāo)。另一方面,機(jī)動(dòng)目標(biāo)不同姿態(tài)及運(yùn)動(dòng)條件下相對(duì)于雷達(dá)的投影是不同的，這導(dǎo)致獲得的ISAR像也不相同。這兩方面都增加了 ISAR目標(biāo)識(shí)別及姿態(tài)確定的難度。
[0003]為了獲得目標(biāo)真實(shí)三維視圖，人們提出了 3D InISAR技術(shù)，它采用三天線相位干涉的辦法獲取目標(biāo)的三維視圖，并且其系統(tǒng)簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn)，信號(hào)處理也比較簡(jiǎn)單，因而受到了廣泛的重視。
[0004]獲得高分辨且具有孤立散射點(diǎn)的ISAR圖像是InISAR技術(shù)的關(guān)鍵。通常而言，雷達(dá)可通過(guò)發(fā)射大的寬帶信號(hào)獲得高距離分辨率。高的方位分辨率則通過(guò)目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)較大的轉(zhuǎn)角獲取，然而這時(shí)目標(biāo)機(jī)動(dòng)運(yùn)動(dòng)會(huì)使得回波相位歷程非線性，導(dǎo)致傳統(tǒng)傅里葉變換成像獲取的圖像散焦嚴(yán)重；線性時(shí)頻分析方法在保持相位的同時(shí)通常會(huì)導(dǎo)致分辨率下降，不利于獲得孤立散射點(diǎn)；而非線性時(shí)頻分析類方法會(huì)產(chǎn)生交叉項(xiàng)，并且其相位往往也會(huì)被破壞。
[0005]注意這樣一個(gè)事實(shí):在較短的雷達(dá)觀測(cè)時(shí)間內(nèi)，目標(biāo)的轉(zhuǎn)動(dòng)可以近似認(rèn)為是均勻的。倘若能利用這個(gè)特性，獲得超分辨ISAR圖像(較多孤立散射點(diǎn))，并且保持散射點(diǎn)相位,則有可能獲取高質(zhì)量的機(jī)動(dòng)目標(biāo)三維視圖。
[0006]綜上所述，如何利用短孔徑回波數(shù)據(jù)獲取超分辨ISAR圖像是干涉逆合成孔徑雷達(dá)三維(Three-dimensional Interferometric Inverse Synthetic Aperture Radar, 3DInISAR)領(lǐng)域一個(gè)亟待解決的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007](一 )要解決的技術(shù)問(wèn)題
[0008]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種利用譜估計(jì)技術(shù)提升干涉逆合成孔徑雷達(dá)三維圖像質(zhì)量的方法，能夠獲得高質(zhì)量的目標(biāo)三維視圖。
[0009]( 二 )技術(shù)方案
[0010]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明提供一種提升干涉逆合成孔徑雷達(dá)三維圖像質(zhì)量的方法，所述方法的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:對(duì)回波數(shù)據(jù)預(yù)處理；
[0011]利用譜估計(jì)技術(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向孔徑外推，獲得超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)；
[0012]對(duì)超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像配準(zhǔn)并進(jìn)行干涉處理，得到不同譜估計(jì)技術(shù)下的三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像。
[0013]其中，所述回波數(shù)據(jù)預(yù)處理是以天線A為基準(zhǔn)，對(duì)各天線回波進(jìn)行聯(lián)合平動(dòng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理，消除天線B和天線C與天線A的波程差，利用Keystone變換消除目標(biāo)的距離徙動(dòng)，即轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
[0014]其中，所述平動(dòng)補(bǔ)償處理包括包絡(luò)對(duì)齊和相位自聚焦的平動(dòng)補(bǔ)償處理。
[0015]其中，利用Capon最小方差算法譜估計(jì)技術(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向孔徑外推，對(duì)外推后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到Capon超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)。
[0016]其中，利用Burg譜估計(jì)技術(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向孔徑外推，對(duì)外推后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到Burg超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)。
[0017]其中，基于Capon和Burg譜估計(jì)技術(shù)對(duì)超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)進(jìn)行干涉處理，獲得干涉相位差。
[0018]其中，根據(jù)干涉相位差反演目標(biāo)的三維坐標(biāo)，得到不同譜估計(jì)技術(shù)下的目標(biāo)三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像。
[0019](三)有益效果
[0020]本發(fā)明采用Capon和Burg譜估計(jì)技術(shù)獲得了二維逆合成孔徑雷達(dá)超分辨圖像干涉對(duì)并進(jìn)行干涉處理，最終獲得了高質(zhì)量的機(jī)動(dòng)目標(biāo)三維逆合成孔徑雷達(dá)圖像，解決了傳統(tǒng)快速傅里葉變換成像方法容易導(dǎo)致圖像散焦且僅能獲得二維圖像的問(wèn)題，該發(fā)明提高了逆合成孔徑雷達(dá)對(duì)機(jī)動(dòng)目標(biāo)的識(shí)別及姿態(tài)確定能力。
[0021]通過(guò)本發(fā)明，能夠獲得高質(zhì)量的實(shí)測(cè)目標(biāo)三維視圖，對(duì)ISAR目標(biāo)識(shí)別及姿態(tài)確定具有重要的意義。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0022]圖1為本發(fā)明提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法流程圖；
[0023]圖2為兩天線與目標(biāo)的成像幾何關(guān)系；
[0024]圖3為觀測(cè)目標(biāo)光學(xué)圖像；
[0025]圖4a-圖4b平動(dòng)補(bǔ)償后的回波信號(hào)及某一距離單元的WVD分布；
[0026]圖5a-圖5c為傳統(tǒng)FFT方法處理的飛機(jī)ISAR圖像及相位干涉圖；
[0027]圖6為傳統(tǒng)FFT方法處理的飛機(jī)三維像；
[0028]圖7a-圖7c為Capon譜估計(jì)方法處理的飛機(jī)ISAR圖像及相位干涉圖；
[0029]圖8為Capon譜估計(jì)方法處理的飛機(jī)三維像；
[0030]圖9a-圖9c為Burg譜估計(jì)方法處理的飛機(jī)ISAR圖像及相位干涉圖；
[0031]圖10為Burg譜估計(jì)方法處理的飛機(jī)三維像；
【具體實(shí)施方式】
[0032]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。
[0033]圖1為本發(fā)明三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)成像流程圖。如圖1所示，該方法包括:
[0034]步驟101:回波數(shù)據(jù)預(yù)處理。
[0035]具體的，以天線A為基準(zhǔn)對(duì)各天線回波進(jìn)行聯(lián)合平動(dòng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理，平動(dòng)補(bǔ)償處理包括包絡(luò)對(duì)齊和相位自聚焦兩步，然后消除三天線之間的波程差，再利用Keystone變換 消除由于目標(biāo)自身轉(zhuǎn)動(dòng)造成的越距離單元徙動(dòng)。
[0036]圖2為水平方向的兩個(gè)天線相對(duì)于運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的成像幾何模型，俯仰方向的成像幾 何與之類似。如圖2示出X, Y表示以地面雷達(dá)為坐標(biāo)原點(diǎn)的地面參考坐標(biāo)系，X軸為橫坐 標(biāo)軸，Y軸為縱坐標(biāo)軸；x，y表示以飛機(jī)運(yùn)動(dòng)中心0'為坐標(biāo)原點(diǎn)的飛機(jī)坐標(biāo)系，x軸為橫坐 標(biāo)軸，y軸為縱坐標(biāo)軸，y軸的方向始終與雷達(dá)視線保持一致，X軸與y軸垂直。在雷達(dá)照射 期間，假設(shè)目標(biāo)上散射點(diǎn)相對(duì)位置不變，目標(biāo)從a處運(yùn)動(dòng)到b處，其運(yùn)動(dòng)中心為0'，則目標(biāo) 相對(duì)于天線A和天線B的距離RAk(tJ、RBk(tffl)分別表示為：
[0037]
【權(quán)利要求】
1.一種提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法，其特征在于，該方法包括: 對(duì)回波數(shù)據(jù)預(yù)處理； 利用譜估計(jì)技術(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向孔徑外推，獲得超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)； 對(duì)超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像配準(zhǔn)并進(jìn)行干涉處理，得到不同譜估計(jì)技術(shù)下的三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法，其特征在于，所述回波數(shù)據(jù)預(yù)處理是以天線A為基準(zhǔn)，對(duì)各天線回波進(jìn)行聯(lián)合平動(dòng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償處理，消除天線B和天線C與天線A的波程差，利用Keystone變換消除目標(biāo)的距離徙動(dòng)，即轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法，其特征在于，所述平動(dòng)補(bǔ)償處理包括包絡(luò)對(duì)齊和相位自聚焦的平動(dòng)補(bǔ)償處理。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法，其特征在于，利用Capon最小方差算法譜估計(jì)技術(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向孔徑外推，對(duì)外推后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到Capon超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法，其特征在于，利用Burg譜估計(jì)技術(shù)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行方位向孔徑外推，對(duì)外推后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到Burg超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5或6所述提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法，其特征在于，基于Capon和Burg譜估計(jì)技術(shù)對(duì)超分辨二維干涉合成孔徑雷達(dá)圖像干涉對(duì)進(jìn)行干涉處理，獲得干涉相位差。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述提升三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像質(zhì)量的方法，其特征在于，根據(jù)干涉相位差反演目標(biāo)的三維坐標(biāo)，得到不同譜估計(jì)技術(shù)下的目標(biāo)三維干涉逆合成孔徑雷達(dá)圖像。
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK103616688SQ201310687074
【公開日】2014年3月5日 申請(qǐng)日期:2013年12月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月16日
【發(fā)明者】李寧, 劉亞波, 王宇, 鄧云凱, 龔小冬 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院電子學(xué)研究所