本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)，特別是一種ISAR成像技術(shù)。

背景技術(shù)：

逆合成孔徑雷達(dá)(Inverse-Synthetic-Aperture-Radar，簡稱ISAR)距離對準(zhǔn)是消除目標(biāo)相對于雷達(dá)平動造成的相鄰回波在距離向上的錯位，對準(zhǔn)后，目標(biāo)上同一散射點的信號在不同的回波脈沖中都位于同一距離單元中。典型的算法有：相鄰包絡(luò)互相關(guān)法、時域和頻域積累互相關(guān)法、包絡(luò)最大修正峰度法、全局對準(zhǔn)算法和全局最小熵算法等。全局最小熵算法是以平均距離像(Average range profile，簡稱ARP)熵最小為原則作為對準(zhǔn)依據(jù)，通過迭代的方法使其對準(zhǔn)效果更優(yōu)。這類算法對脈沖樣本之間的相關(guān)性要求不高，同時可以較好地抑制突跳和漂移誤差，尤其當(dāng)遇到回波有間斷或回波突跳的情況時該算法具有較好的魯棒性。

由于孔徑時間內(nèi)目標(biāo)相對雷達(dá)的轉(zhuǎn)動，回波相關(guān)性有較為復(fù)雜的變化，并且相關(guān)性總體呈下降趨勢，該變化對全局最小熵算法對準(zhǔn)準(zhǔn)確性有一定影響，會造成脈沖突跳以及成塊脈沖距離漂移的問題，對準(zhǔn)的漂移誤差會造成ISAR經(jīng)過相位梯度自聚焦算法(Phase Gradient Autofocus，簡稱PGA)處理后成像出現(xiàn)散焦和重影現(xiàn)象。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種能夠去除突跳和漂移誤差的改進(jìn)ISAR距離對準(zhǔn)方法，用于解決現(xiàn)有距離對準(zhǔn)算法在目標(biāo)運動復(fù)雜情況下的突跳和成塊漂移誤差造成的成像散焦和重影問題。

技術(shù)方案：

一種能夠去除突跳和漂移誤差的改進(jìn)ISAR距離對準(zhǔn)方法，包括順序執(zhí)行的以下步驟：

步驟一：采用全局最小熵算法對ISAR脈壓數(shù)據(jù)進(jìn)行距離對準(zhǔn)獲得最小熵對準(zhǔn)數(shù)據(jù)；

步驟二：計算距離對準(zhǔn)后每條回波數(shù)據(jù)與相鄰一維距離像的歸一化相關(guān)系數(shù)；

步驟三：通過分析歸一化相關(guān)系數(shù)判斷回波數(shù)據(jù)是否為突跳脈沖；

步驟四：通過突跳脈沖與相鄰脈沖互相關(guān)將成塊距離漂移的脈沖對齊；

步驟五：對步驟四中獲得的對準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，得到距離對準(zhǔn)圖像的兩條邊緣軌跡；

步驟六：利用Radon變換計算步驟五中兩條邊緣軌跡的傾斜角；

步驟七：根據(jù)步驟六得到的傾斜角對步驟四中獲得的對準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜校正，獲得改進(jìn)ISAR高精度距離對準(zhǔn)結(jié)果。

進(jìn)一步，本發(fā)明中解決距離對準(zhǔn)突跳和成塊漂移誤差的過程：

所述步驟三中：先計算歸一化相關(guān)系數(shù)的平均值，將每條回波數(shù)據(jù)的歸一化相關(guān)系數(shù)與上述平均值比較，若歸一化相關(guān)系數(shù)小于一定范圍，判定為突跳脈沖；

所述步驟四中：通常在最小熵距離對準(zhǔn)算法中為實現(xiàn)亞單元對準(zhǔn)精度，采用頻域補零實現(xiàn)時域插值。為不破壞對準(zhǔn)精度，首先根據(jù)對準(zhǔn)數(shù)據(jù)頻譜特性補零，補零倍數(shù)一般為8倍，然后返回到距離時域計算突跳脈沖與相鄰脈沖互相關(guān)函數(shù)最大時對應(yīng)的偏移量，最后將偏移量除以相應(yīng)補零倍數(shù)構(gòu)造頻移因子，實現(xiàn)該突跳脈沖與下一個突跳脈沖間所有漂移脈沖的對準(zhǔn)。

所述步驟五中：利用canny算子提取去除成塊漂移對準(zhǔn)圖像邊緣，再利用形態(tài)學(xué)圖像閉運算處理填充邊緣孔洞，再提取邊緣得到兩條傾斜的邊緣軌跡；

所述步驟六中：利用Radon變換計算兩條邊緣軌跡的傾斜角，取兩傾斜角平均值，即為去除成塊距離漂移的距離對準(zhǔn)圖像傾斜角度；

所述步驟七中：利用步驟六所得平均傾斜角度計算傾斜斜率，對步驟四所得去除距離漂移的對準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行傾斜校正。

有益效果：

本發(fā)明將歸一化相關(guān)系數(shù)作為脈沖相關(guān)性能評價標(biāo)準(zhǔn)檢測突跳脈沖，對于降低成像質(zhì)量的突跳脈沖數(shù)據(jù)，不是采用剔除的方式，而是利用與其前一個相鄰脈沖互相關(guān)計算偏移量將成塊漂移脈沖對準(zhǔn)，解決了傳統(tǒng)ISAR距離對準(zhǔn)突跳和漂移誤差；

考慮到成塊漂移脈沖對準(zhǔn)后引入的距離對準(zhǔn)圖像傾斜問題，首次提出利用圖像處理方法對距離對準(zhǔn)結(jié)果做傾斜校正；經(jīng)過成塊漂移脈沖對準(zhǔn)和傾斜校正后的距離對準(zhǔn)數(shù)據(jù)利用PGA相位補償后的成像結(jié)果聚焦效果有了很大改善，消除了重影。

附圖說明

圖1為本發(fā)明流程圖；

圖2為Radon變換原理說明圖；

圖3為傳統(tǒng)距離對準(zhǔn)算法處理結(jié)果；

圖4為歸一化相關(guān)系數(shù)值；

圖5為成塊距離漂移對準(zhǔn)后結(jié)果；

圖6是圖像處理結(jié)果；圖6(a)為canny算子提取邊緣圖像，圖6(b)是閉運算后二值圖，圖6(c)是提取的兩條邊緣軌跡；

圖7是Radon變換檢測結(jié)果圖；圖7(a)為上邊緣軌跡Radon變換結(jié)果圖，圖7(b)為下邊緣軌跡Radon變換結(jié)果圖；

圖8是傾斜校正后對準(zhǔn)結(jié)果；

圖9是經(jīng)過PGA相位補償后成像結(jié)果圖；圖9(a)為傳統(tǒng)全局最小熵對準(zhǔn)后成像結(jié)果圖，圖9(b)為成塊漂移對準(zhǔn)后成像結(jié)果圖，圖9(c)為傾斜校正后成像結(jié)果圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做更進(jìn)一步的解釋。

如圖1所示為本發(fā)明的基于歸一化相關(guān)系數(shù)和圖像處理的ISAR距離對準(zhǔn)改進(jìn)方法的流程圖。包含的處理步驟可以歸為兩個階段。第一價段為預(yù)處理，將ISAR脈壓數(shù)據(jù)經(jīng)過傳統(tǒng)全局最小熵算法進(jìn)行距離對準(zhǔn)。第二階段可以分為兩個部分，第一部分為去除突跳和成塊距離漂移，第二部分為基于圖像處理的傾斜校正。

首先對去除突跳和成塊距離漂移問題進(jìn)行說明。

在最小熵距離對準(zhǔn)后，利用(1)式計算每條回波與其相鄰的脈沖回波即相鄰一維距離像的歸一化相關(guān)系數(shù)：

$cor\left(n\right)=\frac{s_n^T{s}_{n-1}}{\sqrt{\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{s}_n^2\left(m\right)}\sqrt{\underset{m=1}{\overset{M}{\Σ}}{s}_{n-1}^2\left(m\right)}},1\≤n\≤N---\left(1\right)$

其中s_n和s_n-1為兩個相鄰脈沖回波，N為脈沖數(shù)，M為距離單元數(shù)，m為距離單元序號，n為回波序號，T代表轉(zhuǎn)置。

在已有歸一化相關(guān)系數(shù)的基礎(chǔ)上判斷是否為突跳脈沖，先利用(2)式計算歸一化相關(guān)系數(shù)的平均值：

$cor\_ave=\frac{1}{N}\underset{n=1}{\overset{N}{\Σ}}cor\left(n\right)---\left(2\right)$

若cor(n)<cor_ave-Δ，則s_n為突跳脈沖，Δ視具體數(shù)據(jù)取值，數(shù)據(jù)質(zhì)量好即脈沖之間相關(guān)性很強(相關(guān)系數(shù)的平均值很接近1)的情況下δ值小一點，可取0.02-0.04，否則Δ應(yīng)大點，取0.1左右。

將最小熵對準(zhǔn)數(shù)據(jù)傅里葉變換至距離向頻域，根據(jù)頻譜對稱性補零后逆傅里葉變換至距離時域。將內(nèi)插處理后突跳脈沖與前一個相鄰脈沖互相關(guān)，求互相關(guān)函數(shù)取最大值對應(yīng)的距離偏移量，互相關(guān)函數(shù)為下列(3)式：

$R\left(s\right)=\frac{\&Integral;S_i^{*}\left(r\right)S_{i-1}(r+s)dr}{{\&lsqb;\&Integral;|S_i\left(r\right){|}^{2}dr\&CenterDot;\&Integral;|S_{i-1}\left(r\right){|}^{2}dr\&CenterDot;\&rsqb;}^{1/2}}---\left(3\right)$

其中S_i(r)和S_i-1(r)為突跳脈沖對應(yīng)的一維距離像及其相鄰一維距離像，r為距離偏移量，i表示脈沖序號，表示S_i(r)取共軛。

用每個突跳脈沖計算得到的偏移量除以相應(yīng)補零倍數(shù)構(gòu)造頻移因子，利用離散傅里葉變換性質(zhì)頻移特性通過頻域乘以線性相位因子實現(xiàn)亞距離單元的時域移位，將該突跳脈沖與下一個突跳脈沖之間所有成塊距離漂移脈沖對準(zhǔn)。

接下來對基于圖像處理的傾斜校正進(jìn)行說明。

在去除突跳和成塊距離漂移之后，對準(zhǔn)結(jié)果因為偏移量積累會出現(xiàn)距離傾斜，如果不進(jìn)行傾斜校正將會降低成像質(zhì)量。傾斜校正需要得到距離對準(zhǔn)邊緣軌跡，再利用Radon變換檢測傾斜角。

首先通過canny算子檢測目標(biāo)距離對準(zhǔn)邊緣。canny算子是一種性能優(yōu)良的邊緣檢測算子，由下列基本步驟組成：用高斯濾波器平滑距離對準(zhǔn)圖像；用一階偏導(dǎo)的有限差分來計算梯度值和方向角；對梯度幅值進(jìn)行非極大值抑制；用雙閾值處理和連接分析來檢測并連接邊緣。

然后利用形態(tài)學(xué)閉運算填充邊緣孔洞，閉運算為先膨脹后腐蝕的過程。膨脹是將與物體接觸的所有背景點合并到該物體中，使邊界向外部擴張的過程；腐蝕是一種消除邊界點，使邊界向內(nèi)部收縮的過程；閉運算用來填充物體內(nèi)細(xì)小孔洞、連接臨近物體、平滑其邊界的同時并不明顯改變其面積。形態(tài)學(xué)閉運算處理后提取邊緣，即得到兩條距離對準(zhǔn)邊緣軌跡。

接著，利用Radon變換計算兩條邊緣軌跡傾斜角。Radon變換可在任意維空間定義，下列(4)式給出在2維空間的定義式：

$R(\mathrm{\&rho;},\mathrm{\&theta;})=\underset{D}{\&Integral;\&Integral;}f(x,y)\mathrm{\&delta;}(\mathrm{\&rho;}-xcos\mathrm{\&theta;}-ysin\mathrm{\&theta;})dxdy---\left(4\right)$

式中，D為整個圖像xy平面；如圖2所示，f(x,y)對應(yīng)原始數(shù)據(jù)域中的直線A在圖像點(x,y)的灰度；ρ為坐標(biāo)原點到直線A的距離；θ為以坐標(biāo)原點與坐標(biāo)原點在直線A上的垂直投影點所形成的連線與x軸的夾角。δ表示沖激函數(shù)。它使f(x,y)沿直線ρ＝x cosθ+y sinθ進(jìn)行積分。圖像中每條直線會在ρ-θ空間形成一個亮點，直線的檢測轉(zhuǎn)化為在ρ-θ變換域?qū)α咙c的檢測。

通過Radon變換計算出兩條邊緣軌跡傾斜角后，取其平均值，得到距離對準(zhǔn)圖像傾斜角。計算出傾斜斜率，對距離對準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行距離傾斜校正，得到高精度ISAR距離對準(zhǔn)結(jié)果。

最后，進(jìn)行PGA相位補償，利用RD算法實現(xiàn)ISAR高分辨率成像。

利用彈頭仿真數(shù)據(jù)對本發(fā)明提出的基于歸一化相關(guān)系數(shù)和圖像處理的ISAR距離對準(zhǔn)改進(jìn)方法進(jìn)行了驗證，實驗結(jié)果充分證明了本發(fā)明的有效性。

采用全局最小熵算法對彈頭脈壓數(shù)據(jù)進(jìn)行距離對準(zhǔn)，結(jié)果如圖3所示。其中水平方向為方位向，垂直方向位距離向，后文圖像與此相同，不再贅述。圖3中用箭頭指示部分漂移脈沖放大情形以便于觀察。

圖4是所有脈沖歸一化相關(guān)系數(shù)值，可以看出大部分脈沖歸一化相關(guān)系數(shù)穩(wěn)定于0.95-0.99，而有少數(shù)脈沖歸一化相關(guān)系數(shù)明顯小于一定范圍，彈頭仿真數(shù)據(jù)設(shè)定δ＝0.04，可找出這些突跳脈沖并標(biāo)記。

圖5是去除突跳和成塊距離漂移后的對準(zhǔn)圖，用箭頭指示與圖3對應(yīng)位置放大情形，可以看到原突跳和漂移去除，但對準(zhǔn)結(jié)果引入了距離傾斜，因此需要傾斜校正。

圖6(a)是canny算子邊緣檢測結(jié)果，圖6(b)是邊緣檢測后閉運算結(jié)果，圖6(c)是進(jìn)一步提取邊緣結(jié)果?？梢钥吹?，經(jīng)過一系列圖像處理過程，提取出了對準(zhǔn)結(jié)果的兩條傾斜的邊緣軌跡。

圖7(a)是上邊緣軌跡Radon變換檢測結(jié)果，圖7(b)是下邊緣軌跡Radon變換檢測結(jié)果。其中峰值對應(yīng)的橫坐標(biāo)是積分方向角度，轉(zhuǎn)換后可以得到直線傾斜角?？梢缘玫絻蓷l邊緣直線對應(yīng)的傾斜角分別為0.943°和1.033°，求平均值得到0.988°。

圖8是傾斜校正后對準(zhǔn)結(jié)果，可以看到解決了突跳和漂移誤差，并去除了距離傾斜，實現(xiàn)了高精度距離對準(zhǔn)。

圖9是采用不同對準(zhǔn)結(jié)果的成像圖。圖9(a)是直接全局最小熵對準(zhǔn)后成像圖，圖9(b)是去突跳和成塊漂移后成像圖，圖9(c)是本發(fā)明最終傾斜校正后成像結(jié)果圖?？梢钥吹?，圖9(a)存在明顯的散焦和重影現(xiàn)象；圖9(b)雖然去除了重影，但由于距離傾斜使得成像結(jié)果模糊；圖9(c)經(jīng)過傾斜校正后，不僅保留了原有散射點分辨率，還去除了重影?？梢钥闯?，本發(fā)明提出的方法實現(xiàn)了沒有重影的高分辨率ISAR成像。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。