一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法技术

一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法，首先将雷达放置在转台前方、目标放在转台上，令转台带动目标转动，雷达固定不动向目标发射电磁波，并接收目标上散射中心的反射回波，然后通过距离向的脉冲压缩、方位向的多普勒处理，得到目标的ISAR二维图像，获取散射中心在图像中的位置坐标，进而构造得到坐标矩阵，最后去除待恢复散射中心所在行得到不完全坐标矩阵，对不完全坐标矩阵进行奇异值分解、计算得到待恢复的散射中心坐标，完成散射中心坐标恢复。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达ISAR成像和奇异值分解
，特别是一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法。
技术介绍
传统的雷达目标散射中心位置恢复方法包括两类，一类是基于一维距离向的单脉冲偏轴测角三维重构，该方法中首先雷达发射大带宽信号，得到距离向的高分辨一维像，然后利用水平及俯仰和差波束对每一个距离单元的回波信号二维测角，可以得到目标上散射点的空间分布，即目标的三维结构，该方法的优点是实现简单且可以实时成像，但在同一距离单元内往往可能有多个散射点，各散射点相干叠加，会出现角闪烁、导致成像质量不高的问题。第二类是基于雷达二维ISAR图像的三维坐标恢复，首先利用距离多普勒算法对目标进行成像，然后通过散射中心匹配得到坐标矩阵，最后对转动目标进行三维坐标恢复。这种方法的优点是可以得到目标散射中心的三维位置坐标，缺点是当有散射中心被遮挡时，无法完成散射中心的帧间匹配，从而降低了坐标恢复精度。
技术实现思路
本专利技术解决的技术问题是：克服现有技术的不足，提供了一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法。本专利技术的技术解决方案是：一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法，包括如下步骤：(1)将雷达放置在转台前方、目标放在转台上，令转台带动目标以角速度ω转动，雷达固定不动向目标发射电磁波，并接收目标上P个散射中心的反射回波，然后通过距离向的脉冲压缩、方位向的多普勒处理，得到F帧目标的ISAR二维图像，进而得到目标的ISAR图像序列，其中，P、F为正整数；(2)获取第p个散射中心在第f帧图像中的位置坐标并记为(xfp,yfp)，然后构成2F×P维坐标矩阵W为其中，f＝1,2,3,…,F，p＝1,2,3,…,P；(3)假设在目标转动过程中第F帧图像中第P个散射中心(xFP,yFP)被遮挡，分别去掉xFP、yFP所在的行，得到2F-2行P列的不完全坐标矩阵WF-2×P(4)对W(2F-2)×P进行奇异值分解得到W(2F-2)×P=M(2F-2)×3S3×P+t(2F-2)×1e1×PT]]>其中，t(2F-2)×1＝[a1a2a3...aF-1b1b2b3...bF-1]TM(2F-2)×3=i1Ti2Ti3T...iTF-1j1Tj2Tj3T...jTF-1T]]>S＝[s1s2s3...sP]单位矢量if为雷达在三维坐标系下x轴方向单位坐标矢量，单位矢量jf为雷达在三维坐标系下y轴方向单位坐标矢量，sp为目标的第p个散射中心三维坐标系下的三维空间坐标(xp,yp,zp)；所述的三维坐标系为以目标质心为原心、以距离向为X轴指向、以方位向为Y轴指向，Z轴符合右手定则建立的坐标系；(5)令c=1P-1(s1+s2+s3+...+sP)]]>aF′=1P-1(xF1+xF2+xF3+...+xFP-1)]]>bF′=1P-1(yF1+yF2+yF3+...+yFP-1)]]>sp′＝sp-c，(p＝1,2,3,...,P-1)xFp′=xFp-aF′yFp′=yFp-bF′,(p=1,2,3,...,P-1)]]>得到xF1′xF2′xF3′...xFP-1′=iFPTs1′s2′s3′...sP′]]>yF1′yF2′yF3′...yFP-1′=jFPTs1′s2′s3′...sP′]]>进而得到和(6)进而计算得到本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术通过对不完全输入矩阵的分解和矩阵变换，实现了被遮挡散射中心位置坐标的恢复，解决了现有雷达目标散射中心位置恢复方法中被遮挡散射中心无法恢复的问题，有效提高了目标三维坐标恢复的精度；(2)本专利技术依据奇异值分解原理，通过构建不完全的输入矩阵，实现了有噪声情况下的输入矩阵分解，解决了目标在旋转过程中散射中心被遮挡时，目标三维散射中心坐标无法恢复的问题；(3)本专利技术根据ISAR成像原理，在距离向和方位向做脉冲压缩和多普勒处理，解决了单脉冲偏轴测角三维重构中同一距离单元内多个散射点相干叠加，导致成像质量不高的问题。(4)本专利技术方法简单，核心处理过程只需通过简单的奇异值分解和矩阵变换即可实现，更有利于硬件实时处理。附图说明图1为本专利技术一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法原理流程图；图2为本专利技术方法中ISAR成像转台模型示意图；图3为本专利技术方法中连续四帧ISAR二维图像上目标的散射中心提取结果。具体实施方式本专利技术针对同一个散射中心在不同帧图像中出现遮挡，散射中心无法完成帧间匹配的问题，在常规ISAR成像的基础上，对ISAR图像进行距离向和方位向的定标，利用奇异值分解和正交约束条件，对缺失了某散射中心的不完全坐标输入矩阵进行分解，进而获得缺失的散射中心的坐标值，提高了雷达目标散射中心的恢复精度，下面结合附图对本专利技术方法进行详细说明。如图1所示为一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法原理流程图，包括如下步骤：(1)如图2所示为ISAR成像转台模型示意图，ISAR转台目标成像过程中，转台带动目标以角速度ω转动，雷达固定不动，和雷达发射到目标的平面电磁波垂直的面是等距离面，等距离面上的点位于同一个距离单元内，和雷达发射到目标的平面电磁波平行的面是等多普勒面，等多普勒面上的点位于同一个多普勒分辨单元。工作时，雷达发射电磁波，并接收目标散射中心的反射回波，然后通过距离向的脉冲压缩、方位向的多普勒处理，得到距离向、方位向上目标的二维高分辨率，进而获目标的ISAR图像序列。假设目标的ISAR图像序列共有F帧目标的ISAR二维图像，目标上P个散射中心在F帧目标的ISAR二维图像中的位置坐标进而完成帧间的匹配，构成坐标矩阵W，其中，F是正整数，坐标(xfp,yfp)代表第p个散射中心在第f(f＝1,…,F)帧图像中的位置坐标，其中，坐标原点位于转台中心，即目标质心，过转台中心的等距离面和等多普勒面上的点构成了坐标系的x轴和y轴，x是距离向坐标，y是方位向坐标，坐标矩阵W是一个2F×P矩阵，表示为：如图3所示为连续四帧ISAR二维图像上目标的散射中心分布。(2)输入矩阵W能够分解为矩阵M和矩阵S的乘积，其中，M是旋转运动矩阵，代表了目标相对于雷达的运动，旋转运动矩阵M的行矢量是单位矢量且前F个行矢量和后F个行矢量相互正交；矩阵S是在上述坐标系中，目标的距离向、方位向坐标和根据右手螺旋法则确定z坐标构成的目标三维坐标矩阵，即目标的三维结构。W＝MS(2)其中，矩阵M∈R2F×3，矩阵S∈R3×P，表示为：M=[i1T...iFT,j1T...jFT]T---(3)]]>S＝[s1…sP](4)单位矢量if和jf为雷达对应于目标的ISAR图像序列中第f帧ISAR二维图像的单位矢量，其中if对应于ISAR二维图像平面距离向x轴的单位矢量，jf对应于ISAR二维图像平面方位向y轴的单位矢量，sp为目标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将雷达放置在转台前方、目标放在转台上，令转台带动目标以角速度ω转动，雷达固定不动向目标发射电磁波，并接收目标上P个散射中心的反射回波，然后通过距离向的脉冲压缩、方位向的多普勒处理，得到F帧目标的ISAR二维图像，进而得到目标的ISAR图像序列，其中，P、F为正整数；(2)获取第p个散射中心在第f帧图像中的位置坐标并记为(xfp,yfp)，然后构成2F×P维坐标矩阵W为W=x11...x1P......xF1...xFPy11...y1P......yF1...yFP]]>其中，f＝1,2,3,…,F，p＝1,2,3,…,P；(3)假设在目标转动过程中第F帧图像中第P个散射中心(xFP,yFP)被遮挡，分别去掉xFP、yFP所在的行，得到2F‑2行P列的不完全坐标矩阵WF‑2×PW(2F-2)×P=x11...y1P......xF-11...xF-1Py11...y1P......yF-11...yF-1P]]>(4)对W(2F‑2)×P进行奇异值分解得到W(2F-2)×P=M(2F-2)×3S3×P+t(2F-2)×1e1×PT]]>其中， t(2F‑2)×1＝[a1 a2 a3...aF‑1 b1 b2 b3...bF‑1]TM(2F-2)×3=i1Ti2Ti3T...iTF-1j1Tj2Tj3T...jTF-1T]]> S＝[s1 s2 s3... sP]单位矢量if为雷达在三维坐标系下x轴方向单位坐标矢量，单位矢量jf为雷达在三维坐标系下y轴方向单位坐标矢量，sp为目标的第p个散射中心三维坐标系下的三维空间坐标(xp,yp,zp)；所述的三维坐标系为以目标质心为原心、以距离向为X轴指向、以方位向为Y轴指向，Z轴符合右手定则建立的坐标系；(5)令c=1P-1(s1+s2+s3+...+sp)]]>aF;=1P-1(xF1+xF2+xF3+...+xFP-1)]]>bF′=1P-1(yF1+yF2+yF3+...+yFP-1)]]> sp′＝sp‑c，(p＝1,2,3,...,P‑1)xFp′=xFp-aF′yFp′=yFp-bF′,(p=1,2,3,...,P-1)]]>得到[xF1′xF2′xF3′...xFP-1′]=iFPT[s1′s2′s3′...sP′]]]>[yF1′yF2′yF3′...yFP-1′]=jFPT[s1′s2′s3′...sP′]]]>进而得到和(6)进而计算得到...

【技术特征摘要】
1.一种基于ISAR图像序列的不连续散射中心坐标恢复方法，其特征在于包括如下步骤：(1)将雷达放置在转台前方、目标放在转台上，令转台带动目标以角速度ω转动，雷达固定不动向目标发射电磁波，并接收目标上P个散射中心的反射回波，然后通过距离向的脉冲压缩、方位向的多普勒处理，得到F帧目标的ISAR二维图像，进而得到目标的ISAR图像序列，其中，P、F为正整数；(2)获取第p个散射中心在第f帧图像中的位置坐标并记为(xfp,yfp)，然后构成2F×P维坐标矩阵W为W=x11...x1P......xF1...xFPy11...y1P......yF1...yFP]]>其中，f＝1,2,3,…,F，p＝1,2,3,…,P；(3)假设在目标转动过程中第F帧图像中第P个散射中心(xFP,yFP)被遮挡，分别去掉xFP、yFP所在的行，得到2F-2行P列的不完全坐标矩阵WF-2×PW(2F-2)×P=x11...y1P......xF-11...xF-1Py11...y1P......yF-11...yF-1P]]>(4)对W(2F-2)×P进行奇异值分解得到W(2F-2)×P=M(2F-2)×3S3×P+t(2F-2)×1e1×PT]]>其中，t(2F-2)×1＝[a1a2a3...aF-1b1b2b3...bF-1]TM(2F-2)×3=i1Ti2Ti3T...iTF...

【专利技术属性】
技术研发人员：李栋，魏振，宋大伟，孙文锋，范晓彦，罗熹，温媛媛，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61