一種艦船isar圖像結構特征提取方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于對艦船目標進行ISAR成像仿真技術領域，尤其涉及對艦船目標的甲 板長度和甲板寬度等結構特征進行提取。
【背景技術】
[0002] 逆合成孔徑雷達（Inverse synthetic aperture radar，ISAR)是一種重要的高分 辨雷達，可以全天候、全天時、遠距離地獲取非合作目標的圖像，具有重要的軍事和民用價 值。隨著實際需求的不斷發(fā)展，對ISAR成像技術的研究也在不斷的深入。的出現(xiàn)旨在解決 運動目標的成像問題，通常用于針對非合作目標的成像。對水面目標成像的重要性主要有： 在國防上，如果能取得海面上的主動權，則可以獲得非常巨大的戰(zhàn)略意義，從而可以掌握整 個戰(zhàn)爭的主動權。海面上主權的爭奪則需要對海面上的目標進行精確和準確的探測，識別 和跟蹤。其次在民用上，對領海內民用船只進行監(jiān)管，引導以及為航?；顒犹峁┲С值确矫?都有著巨大的實用價值。
[0003] 到目前為止，國內外對飛機目標的成像已經(jīng)進行了較深入的研究，但對艦船目標 的ISAR成像研究成果卻不夠豐富。就成像原理來說，艦船與飛機目標成像相比區(qū)別并不 大，但在海上海浪波動的影響下，艦船目標姿態(tài)變化會更加復雜，影響ISAR成像質量，需要 進行進一步進行研究。
[0004] 對艦船目標進行識別時，由于ISAR成像質量的原因，很難對艦船目標的結構特征 進行提取，多數(shù)研究方向均采用統(tǒng)計特征進行提取。但是結構特征作為艦船目標最直接的 反應，應當被作為重要的特征指標。

【發(fā)明內容】

[0005] 針對現(xiàn)有技術的不足，本發(fā)明提供一種艦船ISAR圖像結構特征提取方法，對海雜 波環(huán)境下的ISAR艦船目標圖像進行預處理、結構特征提取，從而實現(xiàn)對艦船目標識別的特 征提取。
[0006] 本發(fā)明的思路為：首先利用散射點模型對艦船目標進行仿真，然后模擬海雜波環(huán) 境下的艦船目標的ISAR成像，最后對ISAR圖像進行預處理，同時得到艦船目標的結構特征 (甲板長度、甲板寬度）。
[0007] -種艦船ISAR圖像結構特征提取方法，具體步驟如下：
[0008] S1、對艦船目標進行采樣，包括距離向采樣和方位向采樣；
[0009] S2、對艦船目標進行散射點仿真，得到艦船目標上單個散射點回波信號表達式
，其中，T是所述回波 信號的脈沖重復周期，向量^表示雷達與目標參考點之間的位置向量，τ為所述回波信 號的脈沖的寬度，B是信號的帶寬，γ =B/τ是信號的調頻斜率，η表示所述回波信號發(fā) 射的第η個脈沖，a(t)表示信號的幅度值，t為時間，j為虛部，f為頻率，將所述單個 散射點的回波信號于其他回波進行混頻處理后輸出
其中，
j為A的單位向量，f。為信號中心頻率，V是K分布形狀參 數(shù)，g(i)是目標散射強度；
[0010] S3、運用脈沖壓縮技術對S2所得回波信號進行距離向的壓縮，得到壓縮后的回波 頻域表達式
，其中，K (f)是發(fā)射信 號p(t)的匹配濾波器中的傳遞函數(shù)，f。是信號中心頻率，RAf(f-f。）為 回波信號的頻譜；
[0011] S4、對S2所得回波信號的方位向進行FFT，生成艦船目標的ISAR圖像；
[0012] S5、根據(jù)Sl所得采樣結果產生二維海雜波仿真的基礎信號{SJ和{Pl}，其中，{SJ 表示有i個相互獨立的白實高斯序列陣，{pj表示有i個相互獨立的包高斯復序列陣，i = 1，2, 3,. . .，L，L為整數(shù)，當K分布形狀參數(shù)V為整型或半整型時，L = 2v，否則L = [2v+l]， [*]為向低取整數(shù)；
[0013] S6、根據(jù)S5所述基礎信號{SJ和{Pl}設計濾波器H1 (m，η)和H2(m，η)，將S5所 述{SJ通過濾波器H1 (m，η)輸出序列Wn，將S5所述序列{PJ通過濾波器H2(m，η)輸出序 列qn= Χη+Υη，其中，Wn為具有很高自相關性的實高斯陣，qn= Xn+YnS具有指定自相關函數(shù) (autocorrelation function，ACF)的復高斯序列陣，其中，X為序列的實部，Y為序列的虛 部；
[0014] S7、將S6所述序列Wn和序列qn進行矩陣對應元素相乘相加處理，最后乘以方差因 子1?=，得到指定功率譜的二維相干K分布海雜波序列陣Z = U+jU±，其中，U為Z的同相 V2v 陣，Ui為Z的正交陣；
[0015] S8、將S7所述Z代入S2所述s(t)中，重復步驟S2-S4產生疊加了海雜波的艦船 ISAR圖像；
[0016] S9、對S8所述疊加了海雜波的艦船ISAR圖像進行預處理，對經(jīng)過預處理的圖像進 行Hough變換提取艦船目標的長和寬，將不同角度成像的艦船目標的結構特征進行建庫。
[0017] 進一步地，S2所述得到艦船目標上單個散射點回波信號表達式，具體步驟如下：
[0018] S21、利用公式
對 ISAR 回波信號進行模擬，其中，
是目標散射強度，V表示對目標空間 的度量，c為光速；
[0020] S22、根據(jù)S21的模擬結果，艦船目標上單個散射點的回波可以表示為 CN 105116408 A I兄明書 3/6 頁
[0021] 進一步地，S2所述V = 2。
[0022] 進一步地，S6所述濾波器H1 (m, η)和H2 (m, η)的具體設計過程如下：
[0023] S61、將S5所述{SJ通過濾波器H1 (m，η)，輸出序列Wn，所述濾波器H1 (m，η)是一個 窄帶二維低通濾波器，通過對一維零相位FIR濾波器進行McClellan變換獲得，所述{SJ通 過濾波器H1On, η)后，生成的實高斯陣具有很高的自相關性；
[0024] S62、將S5所述序列{PJ通過濾波器H2(m，η)輸出序列qn= X η+Υη，所述濾波器 H2 (m，η)的設計與功率譜相關，已知海雜波的功率譜模型為高斯分布，其歸一化的相關函數(shù) 為R( τ ) = exp (- α τ 2+j2 π fd τ )，則
濾波器H2(m，η)輸出序列的ACF表 達為Rqq= 2[Rxx-jRXY]其中，￡Ζ = 2/Γ2σ〗的大小決定相關函數(shù)的離散程度，fd為平均多普勒 頻率，
I雜波頻譜的均方根值，σ v為雜波速度的均方根值，λ 為雷達工作波長，AL,為載機平臺運動的頻譜方差，％2為天線掃描引起的頻譜方差，Rww、R xx 為1與X "的2D-ACF，R χγ為X "與Y n的二維互相關函數(shù)。
[0025] 進一步地，S62 所述 α = 10, fd= 〇· 5。
[0026] 本發(fā)明的有益效果是：
[0027] 對海面雜波的干擾進行了仿真，使模擬艦船目標的ISAR成像更接近復雜的真實 成像結果。提取了艦船目標的結構特征，與艦船目標實際結構尺寸相差在Im以內，從而解 決了復雜海雜波環(huán)境下對艦船目標結構特征提取的問題，對不同角度的艦船目標的結構特 征提取均有不錯的效果。
【附圖說明】
[0028] 圖1為結構特征提取流程圖。
[0029] 圖2為"尼米茲"號航母的俯視和尾視散射點圖。
[0030] 圖3為模擬的二維海雜波圖像。
[0031 ] 圖4為混入海雜波的艦船ISAR圖像。
[0032] 圖5為預處理和特征提取后的ISAR圖像。
【具體實施方式】
[0033] 下面結合實施例和附圖，詳細說明本發(fā)明的技術方案。
[0034] 選取"尼米茲"號航母進行建模。
[0035] "尼米茲"號航母的真實尺寸如下：艦船長332. 9米，艦寬40. 8米，飛行甲板寬76. 8 米，吃水11. 3米。在艦船上每隔5m取一個散射點，保證在分辨率下能夠觀測到整個圖像， 散射點圖像按照原始圖像的結構繪制。如圖2所示，為"尼米茲"號航母的俯視和尾視散射 點圖。
[0036] 對艦船散射點建模圖像進行ISAR成像仿真。
[0038] 表一
[0039] 利用表一給出的雷達參數(shù)和艦船的散射點建模，對艦船的ISAR成像進行仿真，具 體步驟如下：
[0040] S1、對艦船目標進行采樣，包括距離向采樣和方位向采樣；
[0041] S2、對艦船目標進行散射點仿真，得到艦船目標上單個散射點回波信號表達式
，_其中，T是所述回波{目 號的脈沖重復周期，向量?表示雷達與目標參考點之間的位置向量，τ為所述回波信號 的脈沖的寬度，B是信號的帶寬，γ =B/τ是信號的調頻斜率，η表示所述回波信號發(fā) 射的第η個脈沖，a(t)表示信號的幅度值，t為時間，j為虛部，f為頻率，將所述單個 散射點的回波信號于其他回波進行混頻處理后輸出、
，其中，
6為A的單位向量，f。為信號中心頻率，V是K分布形狀參 數(shù)，V = 2, 是目標散射強度，其中，S2所述得到艦船目標上單個散射點回波信號表達 式，具體步驟如下：
[0042] S21、利用公式
回波信號進行模擬，其中，
P(F)是目標散射強度，V表示對目標空間 的度量，