機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)sar和isar混合成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其主要思路為：建立機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型，得到海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜距R(ta)表達(dá)式；機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，則得到機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)s (t；ta)，然后對(duì)s(t；ta)依次進(jìn)行距離向FFT、線性距離走動(dòng)校正和距離向脈壓，得到脈壓后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)再對(duì)依次進(jìn)行二維去斜處理和方位向相位補(bǔ)償，得到機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像S0后進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，得到經(jīng)過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后的機(jī)載SAR二值圖像S2，然后對(duì)S2進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)，分離出D個(gè)艦船目標(biāo)后并分別依次進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊、相位聚焦、轉(zhuǎn)動(dòng)越距離單元徙動(dòng)校正和方位慢時(shí)間ta的中間時(shí)刻對(duì)應(yīng)的頻率分布估計(jì)，進(jìn)而得到D個(gè)艦船目標(biāo)的最終ISAR成像。
【專利說明】
機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明屬于SAR和ISAR混合成像技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo) SAR和ISAR混合成像方法，即機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)合成孔徑雷達(dá)和逆合成孔徑雷達(dá)混合 成像方法，適用于多艦船目標(biāo)的精確成像。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著科學(xué)技術(shù)水平的發(fā)展，且為了應(yīng)對(duì)未來的信息化戰(zhàn)爭(zhēng)，越來越多的國家開始 大力發(fā)展海上國防力量;其中，海上艦船作為實(shí)施海上戰(zhàn)略的重要工具，行使著海上偵察、 作戰(zhàn)等重要功能，成為新海洋防衛(wèi)體系的焦點(diǎn)，同時(shí)海上艦船的發(fā)展動(dòng)向?qū)τ诩皶r(shí)獲取情 報(bào)、確保取得軍事行動(dòng)的成功起到重要作用。
[0003] 探測(cè)海面艦船的主要手段包括光學(xué)方法和雷達(dá)傳感器，采用光學(xué)方法得到的海面 艦船成像分辨率高，且成像符合人眼觀察規(guī)律、易于識(shí)別，缺陷是受惡劣環(huán)境影響大;相對(duì) 于光學(xué)方法，雷達(dá)傳感器具有全天候、全天時(shí)、不受天氣限制的顯著優(yōu)越性，因此在艦船目 標(biāo)檢測(cè)領(lǐng)域受到廣泛關(guān)注。
[0004] 合成孔徑雷達(dá)（Synthetic Aperture Radar，SAR)具有全天時(shí)、全天候、寬覆蓋、高 分辨等優(yōu)點(diǎn)外，還具有穿透能力，在戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境偵察、軍事敏感區(qū)域監(jiān)視、重要軍事目標(biāo)成像 以及打擊效果評(píng)估等軍事應(yīng)用中具有廣泛應(yīng)用前景;但SAR成像針對(duì)的是靜止目標(biāo)，艦船目 標(biāo)表現(xiàn)在SAR圖像上是散焦的；因此，基于艦船目標(biāo)的非合作性，采用逆合成孔徑雷達(dá) (ISAR)方法對(duì)艦船目標(biāo)進(jìn)行成像處理，以得到高分辨的艦船圖像。
[0005] 在實(shí)際情況中，雷達(dá)平臺(tái)和艦船目標(biāo)均在運(yùn)動(dòng)，所以得到的雷達(dá)回波里既具有SAR 成分(雷達(dá)的確定性運(yùn)動(dòng)），也具有ISAR成分(艦船目標(biāo)的未知運(yùn)動(dòng)），使得成像環(huán)境十分復(fù) 雜;而且艦船目標(biāo)自身屬于大尺寸目標(biāo)，在具有復(fù)雜電磁散射機(jī)理的同時(shí)，海面與艦船目標(biāo) 之間也存在復(fù)雜的電磁耦合，該電磁耦合隨著海面起伏、艦船姿態(tài)、雷達(dá)與目標(biāo)間幾何關(guān)系 的變化而不同，并與海水的介電常數(shù)、雷達(dá)頻率、極化方式、入射波的擦地角、海面的粗糙度 相關(guān)；由于螺旋槳、發(fā)動(dòng)機(jī)和船舵會(huì)產(chǎn)生推動(dòng)和控制，使得艦船目標(biāo)的姿態(tài)角隨著海浪變 化，進(jìn)而使得艦船目標(biāo)存在橫滾、俯仰和偏航。此外，由于多個(gè)艦船目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)特性不同，因 此無法單獨(dú)使用SAR對(duì)多個(gè)艦船目標(biāo)同時(shí)成像;在海面多艦船目標(biāo)條件下，且在同一雷達(dá)波 束內(nèi)存在距離上和方位上分不開的多個(gè)艦船目標(biāo)，如果單獨(dú)使用ISAR成像時(shí)，從距離向和 方位向上無法從混合回波中分離出每一個(gè)艦船目標(biāo)的回波信號(hào)，也不可能同時(shí)對(duì)每個(gè)艦船 目標(biāo)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 針對(duì)以上現(xiàn)有技術(shù)存在的不足，本發(fā)明的目的在于提出一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目 標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，該種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法首先對(duì)原 始回波信號(hào)進(jìn)行SAR粗聚焦成像處理，使得在距離向和方位向無法從混合回波中分離的多 個(gè)艦船目標(biāo)在圖像域中分開;為分離出SAR圖像中的多個(gè)艦船目標(biāo)，使用基于自適應(yīng)窗的艦 船目標(biāo)檢測(cè)方法對(duì)多個(gè)艦船目標(biāo)進(jìn)行分離，再對(duì)分離出的多個(gè)艦船目標(biāo)分別采用ISAR成像 方法，實(shí)現(xiàn)多個(gè)艦船目標(biāo)的精聚焦處理。
[0007] 為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下方案予以實(shí)現(xiàn)。
[0008] 一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，包括以下步驟：
[0009] 步驟1，建立機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型，得到海面艦船目標(biāo)的 瞬時(shí)斜距R(ta)表達(dá)式;機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，則得到機(jī)載斜視SAR的原始回波信 號(hào)s(t;t a)，然后對(duì)機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)s(t;ta)依次進(jìn)行距離向快速傅里葉變換、 線性距離走動(dòng)校正和距離向脈壓，得到脈壓后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)M.U)，再對(duì) 原始回波信號(hào)Μ/Λ)依次進(jìn)行二維去斜處理和方位向相位補(bǔ)償，得到機(jī)載斜視SAR的粗聚 焦成像So;
[0010] 其中，t表示距離快時(shí)間，ta表示方位慢時(shí)間，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信 號(hào)的距離頻率；
[0011] 步驟2，對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，得到經(jīng)過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后 的機(jī)載SAR二值圖像&，然后對(duì)機(jī)載SAR二值圖像&進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)，分離出D個(gè)艦船 目標(biāo)；
[0012] 步驟3,對(duì)D個(gè)艦船目標(biāo)分別依次進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊、相位聚焦、轉(zhuǎn)動(dòng)越距離單元徙動(dòng)校 正和頻率分布估計(jì)，進(jìn)而得到D個(gè)艦船目標(biāo)的最終ISAR成像。
[0013] 本發(fā)明的有益效果為:針對(duì)傳統(tǒng)機(jī)載斜視下對(duì)多艦船目標(biāo)單獨(dú)使用SAR成像方法 或者單獨(dú)使用ISAR成像方法成像效果差的問題，本發(fā)明提出了一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo) SAR和ISAR混合成像方法，該方法能對(duì)多艦船目標(biāo)進(jìn)行精確檢測(cè)與分離，并能對(duì)艦船目標(biāo)進(jìn) 行ISAR精確聚焦成像，最終得到包含多個(gè)艦船目標(biāo)相對(duì)位置關(guān)系的SAR圖像，同時(shí)也能夠得 到單個(gè)艦船目標(biāo)ISAR圖像。
【附圖說明】
[0014] 下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0015] 圖1是本發(fā)明的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法流程圖；
[0016] 圖2是機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型圖；其中，在Χ0ΥΖ中，機(jī)載斜視 SAR的載機(jī)P以速度υ沿X軸勻速運(yùn)動(dòng)，機(jī)載斜視SAR波束射線指向的斜視角為Θ，方位慢時(shí)間 t a = 0時(shí)艦船目標(biāo)在X軸的速度分量為H = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Υ軸的速度分量為uy，方位慢時(shí) 間^ = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Z軸的速度分量的速度分量為uz，機(jī)載斜視SAR波束射線指向的斜視角 為Θ，Q表示艦船目標(biāo)所在場(chǎng)景中心；
[0017] 圖3是機(jī)載斜視SAR對(duì)艦船目標(biāo)成像仿真幾何示意圖；
[0018] 圖4a是機(jī)載斜視SAR對(duì)艦船目標(biāo)成像仿真的艦船正視模型圖；
[0019] 圖4b是機(jī)載斜視SAR對(duì)艦船目標(biāo)成像仿真的艦船側(cè)視模型圖；
[0020] 圖4c是機(jī)載斜視SAR對(duì)艦船目標(biāo)成像仿真的艦船俯視模型圖；
[0021] 圖5a是使用本發(fā)明方法獲得的機(jī)載斜視SAR粗聚焦的成像示意圖；其中包括三個(gè) 艦船目標(biāo)，分別是艦船目標(biāo)A、艦船目標(biāo)B和艦船目標(biāo)C;
[0022]圖5b是使用本發(fā)明方法對(duì)圖5a中的三個(gè)艦船目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)所得到的精確艦船目 標(biāo)圖；
[0023]圖5c是使用本發(fā)明方法從圖5a中分離得到的艦船目標(biāo)A示意圖；
[0024]圖5d是使用本發(fā)明方法從圖5a中分離得到的艦船目標(biāo)B示意圖；
[0025]圖5e是使用本發(fā)明方法從圖5a中分離得到的艦船目標(biāo)C示意圖；
[0026]圖6a為使用本發(fā)明方法對(duì)圖5a中分離出的艦船目標(biāo)A進(jìn)行機(jī)載斜視ISAR成像結(jié)果 示意圖；
[0027]圖6b為使用本發(fā)明方法對(duì)圖5a中分離出的艦船目標(biāo)B進(jìn)行機(jī)載斜視ISAR成像結(jié)果 示意圖；
[0028] 圖6c為使用本發(fā)明方法對(duì)圖5a中分離出的艦船目標(biāo)C進(jìn)行機(jī)載斜視ISAR成像結(jié)果 示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法流程 圖；所述機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，包括以下步驟：
[0030] 步驟1，建立機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型，得到海面艦船目標(biāo)的 瞬時(shí)斜距R( ta)表達(dá)式;機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)，則得到機(jī)載斜視SAR的原始 回波信號(hào)s(t;t a)，然后對(duì)機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)s(t;ta)進(jìn)行距離向快速傅里葉變 換，將s(t; ta)變換到距離頻域方位時(shí)域，得到距離頻域方位時(shí)域的機(jī)載斜視SAR的原始回 波信號(hào)，然后以場(chǎng)景中心為參考對(duì)距離頻域方位時(shí)域的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)依次 進(jìn)行線性距離走動(dòng)校正和距離向脈壓，得到脈壓后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào) 再對(duì)原始回波信號(hào)依次進(jìn)行二維去斜(dechirp)處理和方位向的殘留相位補(bǔ)償，得 到機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So。
[0031] 其中，t表示距離快時(shí)間，ta表示方位慢時(shí)間，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信 號(hào)的距離頻率。
[0032]步驟1的具體子步驟為：
[0033] 1.1建立機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型，得到海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí) 斜距R(ta)。
[0034] 具體地，參照?qǐng)D2,為機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型圖；其中，在 Χ0ΥΖ中，機(jī)載斜視SAR的載機(jī)P以速度u沿X軸勻速運(yùn)動(dòng)，機(jī)載斜視SAR波束射線指向的斜視角 為Θ，方位慢時(shí)間ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在X軸的速度分量為~，ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Y軸的速度分 量為uy，方位慢時(shí)間ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Z軸的速度分量的速度分量為uz，機(jī)載斜視SAR波束 射線指向的斜視角為Θ，艦船目標(biāo)所在場(chǎng)景中心為Q。
[0035] 建立機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型，得到海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜 距，并將海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜距近似到四階，得到近似到四階的海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜 距；此處將所述近似到四階的海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜距作為海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜距R (t a)表達(dá)式，其表達(dá)式為：
[0036]
⑴
[0037] 其中，u表示機(jī)載斜視SAR的載機(jī)速度，ta表示方位慢時(shí)間，h表示ta = 0時(shí)機(jī)載斜視 SAR的載機(jī)高度，ux表示ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在X軸的速度分量，uy表示ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Y軸 的速度分量，~表示ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Ζ軸的速度分量的速度分量，Θ表示機(jī)載斜視SAR波束 射線指向的斜視角;R〇表示機(jī)載斜視SAR波束中心線掃過艦船目標(biāo)時(shí)的斜距，其表達(dá)式的系 數(shù)為：
[0038]
(2)
[0039] 其中，Ai(Ro)表不Αι中包含Ro的因子式，Αι表不方位慢時(shí)間ta的一次項(xiàng)系數(shù);A2(Ro) 表不A2中包含R〇的因子式，A2表不方位慢時(shí)間ta的二次項(xiàng)系數(shù);A3 (R〇)表不A3中包含R〇的因子 式，A3表示方位慢時(shí)間ta的三次項(xiàng)系數(shù);A4(R〇 )表示A4中包含R〇的因子式，A4表示方位慢時(shí)間 ta的四次項(xiàng)系數(shù)^(Rq)為A沖包含Ro的因子式，且表示A沖不包含機(jī)載斜視SAR的載機(jī)運(yùn)動(dòng) 速度的方位慢時(shí)間一次項(xiàng)系數(shù);k2 (Ro)表不A2中包含Ro的因子式，且表不A2中不包含機(jī)載斜 視SAR載機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的方位慢時(shí)間二次項(xiàng)系數(shù)，k3 (Ro)表不A3中包含Ro的因子式，且表不A3中 機(jī)載斜視SAR的載機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的方位慢時(shí)間三次項(xiàng)系數(shù)，k4 (Ro)表示A4中包含Ro的因子式， 且表示A4機(jī)載斜視SAR的載機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的方位慢時(shí)間四次項(xiàng)系數(shù)，、(^辦)表示^中只包含 機(jī)載斜視SAR的載機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的方位慢時(shí)間一次項(xiàng)系數(shù)，k2 (u; R〇)表不A2中只包含機(jī)載斜視 SAR的載機(jī)運(yùn)動(dòng)速度的方位慢時(shí)間二次項(xiàng)系數(shù)，R〇表示機(jī)載斜視SAR波束中心線掃過艦船目 標(biāo)時(shí)的斜距；由于水平方向上機(jī)載斜視SAR的載機(jī)速度u遠(yuǎn)大于 ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在X軸的速 度分量，即>UX，因此近似認(rèn)為
[0040] 1.2在機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型中，機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào) 頻(LFM)信號(hào)，則得到機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)s(t;ta)，其表達(dá)式為：
[0041 ]
(3.)
[0042]其中，c表示光速，t表示距離快時(shí)間，R(ta)表示海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜距，ta表示 方位慢時(shí)間，γ表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻率，λ表示機(jī)載斜視SAR中心波 長(zhǎng)，wr( ·)表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的窗函數(shù)，wa( ·)表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性 調(diào)頻信號(hào)的方位窗函數(shù)，exp[ ·]表示指數(shù)函數(shù)。
[0043]對(duì)式(3)作距離向快速傅里葉變換，將機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)s (t; ta)變換 到距離頻域方位時(shí)域，得到距離頻域方位時(shí)域的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)S(fr，ta)，其 表達(dá)式為：
[0044]
(4)
[0045] 其中，Wr( ·)表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的窗函數(shù)，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā) 射線性調(diào)頻信號(hào)的距離頻率，w a( ·)表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的方位窗函數(shù)，ta 表示方位慢時(shí)間，γ表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的調(diào)頻率，c表示光速，f。表示機(jī)載 斜視SAR的中心載頻，R( ta)表示海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜距，ta表示方位慢時(shí)間。
[0046] 在機(jī)載斜視SAR成像過程中，機(jī)載斜視SAR的載機(jī)運(yùn)動(dòng)存在較大線性距離走動(dòng)，因 此;首先以機(jī)載斜視SAR所在場(chǎng)景中心為參考位置對(duì)距離頻域方位時(shí)域的機(jī)載斜視SAR的原 始回波信號(hào)S(fr，ta)進(jìn)行線性距離走動(dòng)校正，其中使用的校正函數(shù)為HLRWC(f r，ta)，其表達(dá)式 為：
[0047]
(5)
[0048]其中，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的距離頻率，fc表示機(jī)載斜視SAR的中 心載頻，ta表示方位慢時(shí)間，c表示光速，ki (U; Rc)表示ki中包含有U、Rc的因子式，Rc表示方位 慢時(shí)間t a = 0時(shí)艦船目標(biāo)到機(jī)載斜視SAR載機(jī)之間的距離;將式(4)與式(5)相乘后并進(jìn)行距 離向脈壓，得到脈壓后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)SU.U，其表達(dá)式為：
[0049]
(6)
[0050]其中，Wr( ·)表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的窗函數(shù)，wa( ·)表示機(jī)載斜視 SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的方位窗函數(shù)，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的距離頻率，ta 表示方位慢時(shí)間，C表示光速，f c表示機(jī)載斜視SAR的中心載頻，ki (U; Rc)表示Αι中包含U、Rc的 因子式，Αι表示方位慢時(shí)間1:3的一次項(xiàng)系數(shù)，υ表示機(jī)載斜視SAR的載機(jī)速度，Rc表示方位慢 時(shí)間t a = 0時(shí)艦船目標(biāo)到機(jī)載斜視SAR載機(jī)之間的距離。
[0051 ] 1.3對(duì)1(/,.., ^依次進(jìn)行二維去斜(dechirp)處理和方位向的殘留相位補(bǔ)償，得到機(jī) 載斜視SAR的粗聚焦成像So。
[0052] 具體地，對(duì)脈壓后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)M.U；)進(jìn)行二維去斜(dechirp) 處理，得到二維去斜（dechirp)處理后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)，其中二維去斜 dechirt)處理時(shí)使用的函數(shù)為Hiwh? (fV丄.），其表達(dá)式為：
[0053]
(7)
[0054]其中，fc表示機(jī)載斜視SAR的中心載頻，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的距 離頻率，k2 (U; Rc)表示A2中包含有U、Rc的因子式，A2表示方位慢時(shí)間ta的二次項(xiàng)系數(shù);υ表示 機(jī)載斜視SAR的載機(jī)速度，Rc表示方位慢時(shí)間^ = 0時(shí)艦船目標(biāo)到機(jī)載斜視SAR載機(jī)之間的距 離，c表不光速。
[0055]再將二維去斜(dechirp)處理后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)變換到距離時(shí)域 方位頻域，用于補(bǔ)償方位向的殘留相位，其中補(bǔ)償函數(shù)為HD_mp(ta):
[0056]
(8)
[0057] 其中，λ表不機(jī)載斜視SAR中心波長(zhǎng)，k2 (u; R〇)表不A2中包含有u、R〇的因子式，k2 (u; Rc)表示A2中包含有u、Rc的因子式，A2表示方位慢時(shí)間ta的二次項(xiàng)系數(shù);υ表示機(jī)載斜視SAR的 載機(jī)速度，R〇表示機(jī)載斜視SAR波束中心線掃過艦船目標(biāo)時(shí)的斜距，Rc表示方位慢時(shí)間ta = 0 時(shí)艦船目標(biāo)到機(jī)載斜視SAR載機(jī)之間的距離，ta表示方位慢時(shí)間。
[0058]步驟2,對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，得到經(jīng)過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后 的機(jī)載SAR二值圖像&，然后采用自適應(yīng)窗的檢測(cè)方法對(duì)機(jī)載SAR二值圖像&進(jìn)行艦船目標(biāo) 邊界檢測(cè)，分離出D個(gè)艦船目標(biāo)。
[0059]步驟2的具體子步驟為：
[0060] 2.1首先對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，得到經(jīng)過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后 的機(jī)載SAR二值圖像S2。
[0061 ]具體地，為了消除機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So中的艦船目標(biāo)首尾分離現(xiàn)象，避免 虛警發(fā)生，進(jìn)而采用膨脹腐蝕算法對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，得到經(jīng) 過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后的機(jī)載SAR二值圖像5 2，其中對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌 補(bǔ)的過程為：
[0062] S〇〇U=(S〇? U) 0U (9)
[0063] 其中，〇表示閉操作，?表示膨脹操作，Θ表示腐蝕操作，U表示設(shè)定的NXN維全1的 像素單元，N為自然數(shù)且取奇數(shù)，此處N=9;形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)操作是為了填補(bǔ)機(jī)載斜視SAR的粗聚 焦成像So輪廓線中的斷裂，閉操作能夠消除艦船目標(biāo)首尾分離現(xiàn)象。
[0064] 2.2初始化:k表示第k個(gè)艦船目標(biāo)，且k初值為1。
[0065] 2.3對(duì)D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk進(jìn)行邊界檢測(cè):分別計(jì)算第k個(gè)艦船目標(biāo)T k 的最小距離單元ikmin、最大距離單元ikmax、最小方位單元jkmin和最大方位單元jkmax;其中，k e {1，2，…，D}，D表示對(duì)&進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)，32表示經(jīng)過 形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后的機(jī)載SAR二值圖像。
[0066]具體地，所述第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的最小距離單元ikmin、最大距離單元i kmax、最小方位 單元jkmin和最大方位單元jkmax，其表達(dá)式分別為：
[0067]
[0068]其中，ke{l，2, ···，0}，D表示對(duì)S2進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總 個(gè)數(shù)，ikmin表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的最小距離單元，ikmax表示D個(gè)艦船目標(biāo)中 第k個(gè)艦船目標(biāo)T k的最大距離單元，jkmin表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的最小方位單 元，j kmax表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的最大方位單元，&表示經(jīng)過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后的 機(jī)載SAR二值圖像，i e Tk，j e Tk，i表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk包含的距離單元數(shù)， j表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)T k包含的方位單元數(shù)。
[0069] 2.4利用D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的最小距離單元ikmin、最大距離單元 ikmax、最小方位單元jkmin和最大方位單元jkmax，對(duì)第k個(gè)艦船目標(biāo)的自適應(yīng)窗口邊界進(jìn)行合 理設(shè)置，并結(jié)合第k個(gè)艦船目標(biāo)的原圖像分離出第k個(gè)艦船目標(biāo)。
[0070] 2.5令k加1，重復(fù)子步驟2.3到子步驟2.4,直到分離出第D個(gè)艦船目標(biāo)，進(jìn)而得到分 離出的D個(gè)艦船目標(biāo)。
[0071] 步驟3,利用相鄰包絡(luò)的相關(guān)性對(duì)D個(gè)艦船目標(biāo)分別進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊，再通過相位自 聚焦算法分別進(jìn)行相位聚焦，然后利用keystone變換分別進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)越距離單元徙動(dòng)校正， 最后使用時(shí)頻分析法分別估計(jì)方位慢時(shí)間t a的中間時(shí)刻對(duì)應(yīng)的頻率分布，進(jìn)而得到D個(gè)艦 船目標(biāo)的最終ISAR成像。
[0072]步驟3的具體子步驟為：
[0073] 3.1初始化:k表示第k個(gè)艦船目標(biāo)，且k初值為1。
[0074] 3.2采用相鄰相關(guān)法、模-2距離方法、模-1距離方法或最小熵法對(duì)D個(gè)艦船目標(biāo)中 第k個(gè)艦船目標(biāo)依次進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊、通過相位自聚焦算法進(jìn)行相位自聚焦，進(jìn)而計(jì)算得到相 位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí)間域信號(hào)4U,);其中，ke{l，2, ···，0}，0表示對(duì)& 進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)。
[0075] 具體地，分離出的D個(gè)艦船目標(biāo)的處理方法相同，所以選取D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦 船目標(biāo)Tk進(jìn)行處理方法的說明，假定D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)T k的距離一慢時(shí)間域信 號(hào)為s(t，ta)，其表達(dá)式為：
[0076]
(1.1)
[0077] 其中，Sc(t)表不檢測(cè)的苐k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的邊界，t表不跑離快時(shí)間，ta表示方位慢 時(shí)間，λ表示機(jī)載斜視SAR中心波長(zhǎng)，Rt(ta)表示第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk平動(dòng)引起的距離變化，并且 對(duì)第k個(gè)艦船目標(biāo)T k包含的所有散射點(diǎn)的影響分別相同；c表示光速，Rr(ta)表示第k個(gè)艦船 目標(biāo)T k轉(zhuǎn)動(dòng)引起的距離變化，并且大小與第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk包含的所有散射點(diǎn)的位置分別有 關(guān)，也是ISAR高分辨成像的來源;ke {1，2，…，D}，D表示對(duì)機(jī)載SAR二值圖像52進(jìn)行艦船目 標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)。
[0078] 機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)并接收線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)的回波信號(hào)，當(dāng) 相鄰兩次接收到的回波信號(hào)中包含的D個(gè)艦船目標(biāo)的轉(zhuǎn)角分別小于0.01°時(shí)，由此而引起的 散射點(diǎn)走動(dòng)很小，即分離出的D個(gè)艦船目標(biāo)各自實(shí)包絡(luò)十分相似，進(jìn)而對(duì)D個(gè)艦船目標(biāo)中第k 個(gè)艦船目標(biāo)T k的距離一慢時(shí)間域信號(hào)為s(t，ta)進(jìn)行平動(dòng)補(bǔ)償，所述平動(dòng)補(bǔ)償包括包絡(luò)對(duì)齊 和相位自聚焦，所述包絡(luò)對(duì)齊的目的是去除第k個(gè)艦船目標(biāo)T k整體移動(dòng)造成的包絡(luò)徙動(dòng)，采 用利用相鄰相關(guān)法、模-2距離方法、模-1距離方法或最小熵法對(duì)s(t，ta)進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊后， 得到包絡(luò)對(duì)吝后第k個(gè)艦船目標(biāo)T k的距離一慢時(shí)間域信號(hào)印，Ο,其表達(dá)式為：
[0079]
(1.2)
[0080] 其中，sjt)表示檢測(cè)的第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的邊界，t表示距離快時(shí)間，c表示光速，ta 表示方位慢時(shí)間，λ表示機(jī)載斜視SAR中心波長(zhǎng)，Rt(ta)表示第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的平動(dòng)距離，R r (ta)表示第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，ke {1，2，…，D}，D表示對(duì)機(jī)載SAR二值圖像&進(jìn)行艦 船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)。
[0081 ]包絡(luò)對(duì)齊只是對(duì)復(fù)包絡(luò)進(jìn)行操作，包絡(luò)對(duì)齊后第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的距離一慢時(shí)間 域信號(hào)雖Ο中仍然包含Rt(ta)，此時(shí)需借助相位自聚焦算法去除Rt(ta)對(duì)相位的影響，計(jì)算 得到相位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí)間域信號(hào)沖乂 )，其表達(dá)式為：
[0082]
(13)
[0083]其中，sc(t)表示檢測(cè)的第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的邊界，t表示距離快時(shí)間，c表示光速，t a 表示方位慢時(shí)間，λ表示機(jī)載斜視SAR中心波長(zhǎng)，Rr (ta)表示第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，k e {1，2，…，D}，D表示對(duì)機(jī)載SAR二值圖像&進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總 個(gè)數(shù)。
[0084] 3.3校正第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的轉(zhuǎn)動(dòng)距離Rr(t a)引起的轉(zhuǎn)動(dòng)越距離單元徙動(dòng)。
[0085] 具體的，由于中的Rr(ta)是由第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk轉(zhuǎn)動(dòng)引起的距離變化進(jìn)而產(chǎn)生 轉(zhuǎn)動(dòng)越距離單元徙動(dòng)，因此需要進(jìn)行校正，并且第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的運(yùn)動(dòng)比較復(fù)雜，即存在 三個(gè)維度搖擺，導(dǎo)致R r(ta)變化也比較復(fù)雜;考慮Rr(ta)對(duì)復(fù)包絡(luò)的影響進(jìn)行一階近似，忽 略R r(ta)中包含加速度及其以上的分量，并利用泰勒展開式，得到Rr(ta)的近似表達(dá)式 R (t)i I \ '1/
[0086] 5 (ij ? R〇 + n ti (14)-
[0087] 其中，Rr〇表示β, )泰勒展開式的常數(shù)項(xiàng)，ta表示方位慢時(shí)間，ur表示i? (? )泰勒展開 式的一階系數(shù)，Rr(ta)表示第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，ke{l，2, ···，0}，0表示對(duì)機(jī)載SAR 二值圖像&進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)。
[0088]利用keystone變換去除Rr(ta)對(duì)復(fù)包絡(luò)的影響，使得第k個(gè)艦船目標(biāo)T k的轉(zhuǎn)動(dòng)距離 引起的越轉(zhuǎn)動(dòng)越距離單元徙動(dòng)也被校正。
[0089] 3.4對(duì)相位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí)間域信號(hào)鄧Λ)進(jìn)行距離單元?jiǎng)?分，得到U個(gè)距離單元，進(jìn)而得到L k個(gè)距離單元各自對(duì)應(yīng)的時(shí)頻分布，然后取出方位慢時(shí)間 ta的中間時(shí)刻對(duì)應(yīng)的頻率分布并按照L k個(gè)距離單元排列順序進(jìn)行組合，得到第k個(gè)艦船目標(biāo) Tk的ISAR成像。
[0090] 具體的，由于相位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí)間域信號(hào)碓U中的相位 受到第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的轉(zhuǎn)動(dòng)距離R r(ta)的影響更為明顯，導(dǎo)致相位自聚焦后第k個(gè)艦船目 標(biāo)的距離一慢時(shí)間域信號(hào).的多普勒發(fā)生時(shí)變，因此傳統(tǒng)傅里葉變化無法準(zhǔn)確估計(jì)出多 普勒頻率，需要使用時(shí)頻分析法估計(jì)相位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí)間域信號(hào) SfeU中的時(shí)頻分布，首先按分辨率大小對(duì)相位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí)間域 信號(hào)啾U進(jìn)行距離單元?jiǎng)澐?，得到L k個(gè)距離單元，進(jìn)而得到Lk個(gè)距離單元各自對(duì)應(yīng)的時(shí)頻 分布，然后取出方位慢時(shí)間^的中間時(shí)刻對(duì)應(yīng)的頻率分布并按照L k個(gè)距離單元排列順序進(jìn) 行組合，得到第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的ISAR成像。
[0091] 3.5令k加1，重復(fù)子步驟3.1到子步驟3.3，直到得到第D個(gè)艦船目標(biāo)TD的ISAR成像， 進(jìn)而得到D個(gè)艦船目標(biāo)的最終ISAR成像。
[0092]至此，一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法處理基本完成。
[0093]通過以下仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明方法的有效性作進(jìn)一步驗(yàn)證說明。
[0094](一)艦船目標(biāo)仿真數(shù)據(jù)
[0095]仿真幾何模型如圖3所示，圖3為機(jī)載斜視SAR對(duì)艦船目標(biāo)成像仿真幾何示意圖；在 Χ0ΥΖ中，機(jī)載斜視SAR的載機(jī)P以速度^沿乂軸勻速運(yùn)動(dòng)，機(jī)載斜視SAR波束射線指向的斜視 角為θ = 40°，機(jī)載斜視SAR的載機(jī)P所在場(chǎng)景中有3個(gè)艦船目標(biāo)，分別為艦船目標(biāo)A、艦船目標(biāo) B和艦船目標(biāo)C，3個(gè)艦船目標(biāo)分別以速度仍=l〇 m/s沿方位角度45°運(yùn)動(dòng)，機(jī)載斜視SAR波束 中心位置放置艦船目標(biāo)A，沿機(jī)載斜視SAR視線方向和垂直于機(jī)載斜視SAR視線方向分別放 置艦船目標(biāo)B和艦船目標(biāo)C，間隔分別為1000m，此時(shí)的機(jī)載斜視SAR回波中艦船目標(biāo)A和艦船 目標(biāo)C存在于同一距離單元內(nèi)無法分開，而艦船目標(biāo)A和艦船目標(biāo)B存在于同一方位單元內(nèi) 無法分開;其中圖4a是機(jī)載斜視SAR對(duì)艦船目標(biāo)成像仿真的艦船正視模型圖，圖4b是機(jī)載斜 視SAR對(duì)艦船目標(biāo)成像仿真的艦船側(cè)視模型圖，圖4c是機(jī)載斜視SAR對(duì)艦船目標(biāo)成像仿真的 艦船俯視模型圖。
[0096] 仿真參數(shù)包括機(jī)載斜視SAR載機(jī)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和艦船運(yùn)動(dòng)參數(shù)，機(jī)載斜視SAR載機(jī)運(yùn)動(dòng) 參數(shù)如表1所示、艦船運(yùn)動(dòng)參數(shù)如表2所示。
[0097] 表 1
[0098]
[0101](二)仿真內(nèi)容和結(jié)果分析
[0102] 圖5a為使用本發(fā)明方法獲得的機(jī)載斜視SAR粗聚焦的成像示意圖；其中包括三個(gè) 艦船目標(biāo)，分別是艦船目標(biāo)A、艦船目標(biāo)B和艦船目標(biāo)C，其中艦船目標(biāo)A和艦船目標(biāo)C在同一 距離單元上分開，艦船目標(biāo)A和艦船目標(biāo)B在同一方位單元內(nèi)。經(jīng)過艦船目標(biāo)檢測(cè)后，3個(gè)艦 船目標(biāo)被精確的選擇出來，如圖5b中矩形窗所示，圖5b是使用本發(fā)明方法對(duì)圖5a中的三個(gè) 艦船目標(biāo)進(jìn)行檢測(cè)所得到的精確艦船目標(biāo)圖；將檢測(cè)結(jié)果返回原機(jī)載斜視SAR成像中，得到 分離出的3個(gè)艦船目標(biāo)，其中圖5c為使用本發(fā)明方法從圖5a中分離得到的艦船目標(biāo)A示意 圖，圖5d為使用本發(fā)明方法從圖5a中分離得到的艦船目標(biāo)B示意圖，圖5e為使用本發(fā)明方法 從圖5a中分離得到的艦船目標(biāo)C示意圖。容易看出，經(jīng)過機(jī)載斜視SAR粗聚焦處理后的艦船 目標(biāo)，由于未補(bǔ)償艦船自身運(yùn)動(dòng)分量，導(dǎo)致成像結(jié)果很差，無法滿足成像要求，需要進(jìn)一步 進(jìn)行機(jī)載斜視ISAR精聚焦成像。
[0103] 對(duì)分離出的單個(gè)目標(biāo)分別進(jìn)行機(jī)載斜視ISAR成像，結(jié)果如圖6a、圖6b和圖6c所示， 圖6a為使用本發(fā)明方法對(duì)圖5a中分離出的艦船目標(biāo)A進(jìn)行機(jī)載斜視ISAR成像結(jié)果示意圖， 圖6b為使用本發(fā)明方法對(duì)圖5a中分離出的艦船目標(biāo)B進(jìn)行機(jī)載斜視ISAR成像結(jié)果示意圖， 圖6c為使用本發(fā)明方法對(duì)圖5a中分離出的艦船目標(biāo)C進(jìn)行機(jī)載斜視ISAR成像結(jié)果示意圖； 可見經(jīng)過機(jī)載斜視ISAR成像，3個(gè)艦船目標(biāo)的成像結(jié)果更加清晰，能夠分辨出艦船目標(biāo)的結(jié) 構(gòu)；另外由于艦船目標(biāo)存在復(fù)雜的搖擺，每個(gè)艦船目標(biāo)的機(jī)載斜視ISAR成像平面均不同，導(dǎo) 致每個(gè)機(jī)載斜視ISAR成像對(duì)艦船目標(biāo)的觀測(cè)角度不同，而且由于相對(duì)于機(jī)載斜視SAR視線， 3個(gè)目標(biāo)轉(zhuǎn)速也有差異，機(jī)載斜視ISAR成像的大小也不同。
[0104] 綜上所述，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本發(fā)明的正確性，有效性和可靠性。
[0105] 顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精 神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍 之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在于，包括w下步驟： 步驟1，建立機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型，得到海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí) 斜距R(ta)表達(dá)式;機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)，則得到機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)S (t;ta)，然后對(duì)機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)S(t;ta)依次進(jìn)行距離向快速傅里葉變換、線性 距離走動(dòng)校正和距離向脈壓，得到脈壓后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)沒y.O,再對(duì)原始 回波信號(hào)依次進(jìn)行二維去斜處理和方位向相位補(bǔ)償，得到機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成 像So; 其中，t表示距離快時(shí)間，ta表示方位慢時(shí)間，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的 距離頻率； 步驟2,對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，得到經(jīng)過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后的機(jī)載 SAR二值圖像S2，然后對(duì)機(jī)載SAR二值圖像S2進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)，分離出D個(gè)艦船目標(biāo)； 步驟3,對(duì)D個(gè)艦船目標(biāo)分別依次進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊、相位聚焦、轉(zhuǎn)動(dòng)越距離單元徙動(dòng)校正和 頻率分布估計(jì)，進(jìn)而得到D個(gè)艦船目標(biāo)的最終ISAR成像。2. 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在 于，在步驟1中，所述建立機(jī)載斜視SAR對(duì)海面艦船目標(biāo)成像的幾何模型，具體為： 在X0YZ中，機(jī)載斜視SAR的載機(jī)PW速度U沿X軸勻速運(yùn)動(dòng)，機(jī)載斜視SAR波束射線指向的 斜視角為Θ，方位慢時(shí)間ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在X軸的速度分量為Ux，ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Y軸的 速度分量為Uy，方位慢時(shí)間ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Z軸的速度分量的速度分量為Uz，機(jī)載斜視 SAR波束射線指向的斜視角為Θ，艦船目標(biāo)所在場(chǎng)景中屯、為Q。3. 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在 于，在步驟1中，所述海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜距R(ta)、所述機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)S (t;ta)和所述脈壓后的機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)5(/，〇,巧表達(dá)式分別為：其中，U表示機(jī)載斜視SAR的載機(jī)速度，ta表示方位慢時(shí)間，h表示ta = 0時(shí)機(jī)載斜視SAR的 載機(jī)高度，Ux表示ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在X軸的速度分量，Uy表示ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在Y軸的速度 分量，Uz表示ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)在巧由的速度分量的速度分量，Θ表示機(jī)載斜視SAR波束射線指 向的斜視角，Ro表示機(jī)載斜視SAR波束中屯、線掃過艦船目標(biāo)時(shí)的斜距，C表示光速，t表示距 離快時(shí)間，R(ta)表示海面艦船目標(biāo)的瞬時(shí)斜距，丫表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的 調(diào)頻率，λ表示機(jī)載斜視SAR中屯、波長(zhǎng)，Wr( ·)表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的窗函 數(shù)，Wa( ·)表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的方位窗函數(shù)，e邱[·]表示指數(shù)函數(shù)，fr表 示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的距離頻率，f康示機(jī)載斜視SAR的中屯、載頻，ki(u;Rc)表 示Al中包含U、Rc的因子式，A康示方位慢時(shí)間ta的一次項(xiàng)系數(shù)，R康示方位慢時(shí)間ta = ο時(shí)艦 船目標(biāo)到機(jī)載斜視SAR載機(jī)之間的距離。4. 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在 于，在步驟1中，所述對(duì)機(jī)載斜視SAR的原始回波信號(hào)S(t;ta)依次進(jìn)行距離向快速傅里葉變 換、線性距離走動(dòng)校正和距離向脈壓，其中進(jìn)行線性距離走動(dòng)校正時(shí)使用的校正函數(shù)為 HlRWC化，ta)，其表達(dá)式為：其中，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的距離頻率，fc表示機(jī)載斜視SAR的中屯、載 頻，ta表不方位慢時(shí)間，C表不光速，ki (U; Rc)表不ki中包含有U、化的因子式，R康不方位慢時(shí) 間ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)到機(jī)載斜視SAR載機(jī)之間的距離。5. 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在 于，在步驟1中，所述對(duì)依次進(jìn)行二維去斜處理和方位向相位補(bǔ)償，其中二維去斜處 理時(shí)使用的函數(shù)為化echirp (片，ta)，其表達(dá)式為：其中，fc表示機(jī)載斜視SAR的中屯、載頻，fr表示機(jī)載斜視SAR發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的距離頻 率，k2(U;Rc)表示A2中包含有U、Rc的因子式，A康示方位慢時(shí)間ta的二次項(xiàng)系數(shù);U表示機(jī)載 斜視SAR的載機(jī)速度，I?c表示方位慢時(shí)間ta = 0時(shí)艦船目標(biāo)到機(jī)載斜視SAR載機(jī)之間的距離，C 表示光速。6. 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在 于，在步驟2中，所述對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，具體是采用膨脹腐蝕 算法對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，其過程為： 沒0.曰；/ =(及"+巧掃Γ 其中，0表示閉操作，Θ表示膨脹操作，Θ表示腐蝕操作，U表示設(shè)定的NXN維全1的像素 單元，N為自然數(shù)且取奇數(shù)。7. 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在 于，在步驟2中，所述分離出D個(gè)艦船目標(biāo)，過程為： 2.1首先對(duì)機(jī)載斜視SAR的粗聚焦成像So進(jìn)行形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)，得到經(jīng)過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后的機(jī) 載SAR二值圖像S2; 2.2初始化:k表示第k個(gè)艦船目標(biāo)，且k初值為1; 2.3對(duì)D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)化進(jìn)行邊界檢測(cè)：分別計(jì)算第k個(gè)艦船目標(biāo)化的最 小距離單元ikmin、最大距離單元ikmax、最小方位單元jkmin和最大方位單元jkmax，其表達(dá)式分 別為：其中，4￡{1，2，-，，0}，0表示對(duì)52進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)， ikmin表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)化的最小距離單元，ikmax表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè) 艦船目標(biāo)化的最大距離單元，jkmin表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)化的最小方位單元， jkmax表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)化的最大方位單元，S2表示經(jīng)過形態(tài)學(xué)彌補(bǔ)后的機(jī) 載SAR二值圖像，i e化，j e化，i表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)化包含的距離單元數(shù)，j 表示D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk包含的方位單元數(shù)； 2.4利用D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)化的最小距離單元ikmin、最大距離單元ikmax、最 小方位單元jkmin和最大方位單元jkmax，對(duì)第k個(gè)艦船目標(biāo)的自適應(yīng)窗口邊界進(jìn)行設(shè)置，進(jìn)而 分離出第k個(gè)艦船目標(biāo)； 2.5令k加1，重復(fù)子步驟2.3到子步驟2.4,直到分離出第D個(gè)艦船目標(biāo)，進(jìn)而得到分離出 的D個(gè)艦船目標(biāo)。8. 如權(quán)利要求1所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在 于，在步驟3中，所述D個(gè)艦船目標(biāo)的最終ISAR成像，其得到過程為： 3.1初始化:k表示第k個(gè)艦船目標(biāo)，且k初值為13.2對(duì)D個(gè)艦船目標(biāo)中第k個(gè)艦船目標(biāo)依 次進(jìn)行包絡(luò)對(duì)齊和相位自聚焦，依次計(jì)算得到相位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí) 間域信號(hào).η巧)和第k個(gè)艦船目標(biāo)Tk的轉(zhuǎn)動(dòng)距離Rr(ta);其中，4￡{1，2，-，，0}，0表示對(duì)機(jī)載 SAR二值圖像S2進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)； 3.3校正第k個(gè)艦船目標(biāo)化的轉(zhuǎn)動(dòng)距離Rr(ta)引起的轉(zhuǎn)動(dòng)越距離單元徙動(dòng)； 3.4對(duì)相位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí)間域信號(hào)s(巧勝行距離單元?jiǎng)澐?，?到Lk個(gè)距離單元，進(jìn)而得到Lk個(gè)距離單元各自對(duì)應(yīng)的時(shí)頻分布，然后取出方位慢時(shí)間ta的中 間時(shí)刻對(duì)應(yīng)的頻率分布并按照Lk個(gè)距離單元排列順序進(jìn)行組合，得到第k個(gè)艦船目標(biāo)化的 ISAR成像； 3.5令k加1，重復(fù)子步驟3.巧Ij子步驟3.3，直到得到第D個(gè)艦船目標(biāo)Td的ISAR成像，進(jìn)而 得到D個(gè)艦船目標(biāo)的最終ISAR成像。9. 如權(quán)利要求8所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征在 于，所述相位自聚焦后第k個(gè)艦船目標(biāo)的距離一慢時(shí)間域信號(hào)司Hh其表達(dá)式為：其中，Sc(t)表示檢測(cè)的第k個(gè)艦船目標(biāo)化的邊界，t表示距離快時(shí)間，C表示光速，ta表示 方位慢時(shí)間，λ表示機(jī)載斜視SAR中屯、波長(zhǎng)，Rr(ta)表示第k個(gè)艦船目標(biāo)化的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，ke {1， 2，…，D}，D表示對(duì)機(jī)載SAR二值圖像S2進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)。10. 如權(quán)利要求8所述的一種機(jī)載雷達(dá)的多艦船目標(biāo)SAR和ISAR混合成像方法，其特征 在于，所述校正第k個(gè)艦船目標(biāo)化的轉(zhuǎn)動(dòng)距離Rr( ta)引起的越距離單元徙動(dòng)，包括：忽略Rr (ta)中包含加速度及其W上的分量，并利用泰勒展開式，得到Rr(ta)的近似表達(dá)式與(〇: 巧兮，h"乂 其中，Rr。表示B (U泰勒展開式的常數(shù)項(xiàng)，ta表示方位慢時(shí)間，Ur表示茸(0泰勒展開式的 一階系數(shù)，Rr(ta)表示第k個(gè)艦船目標(biāo)化的轉(zhuǎn)動(dòng)距離，ke {1，2，…，D}，D表示對(duì)機(jī)載SAR二值 圖像S2進(jìn)行艦船目標(biāo)邊界檢測(cè)后分離出的艦船目標(biāo)總個(gè)數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01S13/90GK105974410SQ201610274140
【公開日】2016年9月28日
【申請(qǐng)日】2016年4月28日
【發(fā)明人】邢孟道, 肖力, 李震宇, 孫光才
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)