最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法技术

本发明专利技术公开了一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其主要思路为：获取ISAR回波数据，对ISAR回波数据的方位向对应回波数据和距离向对应回波数据分别进行划分，得到M个方位单元和N个距离单元；确定慢时间总个数，进而得到ISAR回波数据的最终聚焦图像；计算ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度，并将ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度作为代价函数，分别计算第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值、第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值和第k个常数项二次相位误差系数估计值，计算第m个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像；进而得到最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像。

Spatially variant phase autofocus ISAR imaging method with maximum contrast

The invention discloses a maximum contrast dependent phase self focusing ISAR imaging method, its main idea is: access to ISAR echo data of ISAR echo data corresponding to the azimuth echo data and distance to the corresponding echo data are divided respectively, get M range unit and N unit distance; determine the slow time the number and gain the final focus image ISAR echo data; calculate the ISAR echo data finally focused on image contrast and ISAR echo data finally focused image contrast as the cost function, the N distance of single element distance space variant two phase error coefficient estimates, the M range unit range the two space variant phase error coefficient estimates and the K constant of the two phase error coefficient estimates were calculated, the calculation of the M range image focusing unit, the N unit at a distance Then, the space variant phase autofocus ISAR imaging with maximum contrast is obtained.

【技术实现步骤摘要】
最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，适用于对距离-方位空变相位误差进行自适应补偿。
技术介绍
逆合成孔径雷达(ISAR)成像技术是利用雷达发射大带宽信号获得距离高分辨，通过目标相对雷达视线的姿态变化形成的合成孔径获得方位高分辨；同时ISAR成像处理中通常假设较短时间内目标转角较小且转速均匀，则通过方位维的多普勒分析即可实现距离-多普勒成像。但是，距离-多普勒成像处理没有考虑目标转动引入的高次相位调制，通常仅对平稳运动目标的小角度成像处理有效，也就是说传统的相位误差补偿方法由于建立的信号模型较简单，忽略了距离和方位空变对聚焦性能的影响；而对于非平稳运动目标且成像角度较大时，距离和方位空变相位误差将使图像产生散焦，从而得不到理想的成像结果。
技术实现思路
针对上述现有技术存在的不足，本专利技术提出了一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，该种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法首先建立距离-方位空变的相位误差模型，然后建立以图像对比度最大为准则的代价函数，采用梯度下降法对该代价函数进行优本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取ISAR回波数据，所述ISAR回波数据为方位向‑距离向二维矩阵，对ISAR回波数据的方位向对应回波数据进行划分，得到M个方位单元；对ISAR回波数据的距离向对应回波数据进行划分，得到N个距离单元；确定慢时间总个数为M'，进而得到ISAR回波数据的相位误差模型；M、M'、N分别为大于0的偶数；步骤2，根据ISAR回波数据的相位误差模型，得到ISAR回波数据的最终聚焦图像；步骤3，计算ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度，并将ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度作为代价函数，通过使得代价函数最大化获得最优的参数集...

【技术特征摘要】
1.一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取ISAR回波数据，所述ISAR回波数据为方位向-距离向二维矩阵，对ISAR回波数据的方位向对应回波数据进行划分，得到M个方位单元；对ISAR回波数据的距离向对应回波数据进行划分，得到N个距离单元；确定慢时间总个数为M'，进而得到ISAR回波数据的相位误差模型；M、M'、N分别为大于0的偶数；步骤2，根据ISAR回波数据的相位误差模型，得到ISAR回波数据的最终聚焦图像；步骤3，计算ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度，并将ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度作为代价函数，通过使得代价函数最大化获得最优的参数集，将所述最优的参数集记为表示第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值，表示第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值，表示第k个常数项二次相位误差系数估计值，n∈[-N/2(-N/2)+1…N/2-1]T，m∈[-M/2(-M/2)+1…M/2-1]T，k∈[-M'/2(-M'/2)+1…M'/2-1]T，上标T表示转置操作，M表示方位单元总个数，N表示距离单元总个数，M'表示慢时间总个数，M、M'、N分别为偶数；步骤4，根据所述代价函数，分别计算得到ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数作为未知量的梯度、ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数作为未知量的梯度和ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第k个常数项二次相位误差系数作为未知量的梯度；步骤5,分别计算得到第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值、第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值和第k个常数项二次相位误差系数估计值，进而计算得到第m个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像；n∈[-N/2(-N/2)+1…N/2-1]T，m∈[-M/2(-M/2)+1…M/2-1]T，进而得到最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像。2.如权利要求1所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其特征在于，在步骤1中，所述ISAR回波数据的相位误差模型，其得到过程为：1.1设定第n个距离单元、第k个慢时间处含有相位误差的回波数据为所述含有相位误差为含有常数项二次相位误差ck2和第n个距离单元的距离空变二次相位误差ank2；进而计算得到第n个距离单元、第k个慢时间处不含相位误差的回波数据为un(k)，其表达式为：其中，φ(k,m,n)表示第n个距离单元、第m个方位单元、第k个慢时间处需要补偿的空变相位误差，e为指数函数操作，j表示虚数单位，n∈[-N/2(-N/2)+1…N/2-1]T，m∈[-M/2(-M/2)+1…M/2]1]T，k∈[-M'/2(-M'/2)+1…M'/2]1]T，上标T表示转置操作，M表示方位单元总个数，N表示距离单元总个数，M'表示慢时间总个数，且M、M'、N分别为大于0的偶数；1.2将第n个距离单元、第m个方位单元、第k个慢时间处需要补偿的空变相位误差φ(k,m,n)表示为第n个距离单元、第m个方位单元、第k个慢时间处的相位误差模型φ'(k,m,n)，其表达式为：φ'(k,m,n)＝(an+bm+c)k2其中，a表示第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数，b表示第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数，c表示第k个常数项二次相位误差系数；1.3令n不变，分别令m取-M/2至M/2-1，同时令k取-M'/2至M'/2-1，重复执行1.2，进而分别得到第n个距离单元、第-M/2个方位单元、第-M'/2个慢时间处的相位误差模型φ'(-M'/2,-M/2,n)至第n个距离单元、第M/2-1个方位单元、第M'/2-1个慢时间处的相位误差模型φ'(M'/2-1,M/2-1,n)，记为第n个距离单元的相位误差模型φ'(n)；M与M'取值相等且一一对应，m与k取值相等且一一对应；1.4令n分别取-N/2至N/2，重复执行1.3，进而分别得到第-N/2个距离单元的相位误差模型φ'(-N/2)至第N/2个距离单元的相位误差模型φ'(N/2)，记为ISAR回波数据的相位误差模型。3.如权利要求2所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其特征在于，在步骤2中，所述ISAR回波数据的最终聚焦图像，其得到过程为：2.1将理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的像素点记为fn(m)，其表达式为：其中，un(k)表示第n个距离单元、第k个慢时间处不含相位误差的回波数据，e为指数函数操作，j表示虚数单位，n∈[-N/2(-N/2)+1…N/2]1]T，m∈[-M/2(-M/2)+1…M/2-1]T，k∈[-M'/2(-M'/2)+1…M'/2-1]T，上标T表示转置操作，M表示方位单元总个数，N表示距离单元总个数，M'表示慢时间总个数，且M、M'、N分别为大于0的偶数；2.2设定为补偿过第k个常数项二次相位误差ck2和第n个距离单元的距离空变二次相位误差ank2后的回波数据，其表达式为：其中，表示第n个距离单元、第k个慢时间处含有相位误差的回波数据，所述含有相位误差为含有常数项二次相位误差ck2和第n个距离单元的距离空变二次相位误差ank2；c表示第k个常数项二次相位误差系数，a表示第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数，n∈[-N/2(-N/2)+1…N/2-1]T,k∈[-M'/2(-M'/2)+1…M'/2-1]T,上标T表示转置操作，N表示距离单元总个数，M'表示慢时间总个数，且M'、N分别为偶数；进而计算得到补偿过第k个常数项二次相位误差ck2和第n个距离单元的距离空变二次相位误差ank2后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的像素点f'n(m)，其表达式为：2.3将补偿过第m个方位单元的方位空变二次相位误差bmk2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的最终聚焦像素点记为其计算表达式为：22.4令n不变，分别令m取-M/2至M/2-1，重复执行2.3，进而分别得到补偿过第-M/2个方位单元方位空变二次相位误差b(-M/2)k2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第-M/2个方位单元处的最终聚焦像素点至补偿过第M/2个方位空变二次相位误差b(M/2)k2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第M/2个方位单元处的最终聚焦像素点记为分别补偿过M个方位空变二次相位误差和M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元处的最终聚焦图像2.5令n分别取-N/2至N/2，重复执行2.5，进而得到分别补偿过M个方位空变二次相位误差和M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第-N/2个距离单元处的最终聚焦图像至分别补偿过M个方位空变二次相位误差和M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第N/2个距离单元处的最终聚焦图像记为ISAR回波数据的最终聚焦图像。4.如权利要求3所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其特征在于，在步骤3中，将所述ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度记为C，其表达式为：μn表示第n个距离单元的均值，σn表示第n个距离单元的标准差，表示补偿过第m个方位单元的方位空变二次相位误差bmk2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的最终聚焦像素点，n∈[-N/2(-N/2)+1…N/2-1]T，m∈[-M/2(-M/2)+1…M/2-1]T，k∈[-M'/2(-M'/2)+1…M'/2-1]T，上标T表示转置操作，M表示方位单元总个数，N表示距离单元总个数，M'表示慢时间总个数，M'与M取值相等且一一对应，且M、M'、N分别为大于0的偶数；将所述参数集记为argmax表示最大化操作。5.如权利要求4所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其特征在于，在步骤4中，分别将所述ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数作为未知量的梯度记作将所述ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数作为未知量的梯度记作将所述ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第k个常数项二次相位误差系数作为未知量的梯度记作其表达式分别为：3其中，表示第n个距离单元、第k个慢时间处含有相位误差的回波数据，Re表示取实部操作，上标*表示取共轭操作，μn表示第n个距离单元的均值，σn表示第n个距离单元的标准差，表示补偿过第m个方位单元的方位空变二次相位误差bmk2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的最终聚焦像素点，n∈[-N/2(-N/2)+1…N/2-1]T，m∈[-M/2(-M/2)+1…M/2-1]T，k∈[-M'/2(-M'/2)+1…M'/2-1]T，上标T表示转置操作，M表示方位单元总个数，N表示距离单元总个数，M'表示慢时间总个数。6.如权利要求5所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其特征在于，步骤5的子步骤为：5.1计算得到搜索步长；5.2根据所述搜索步长，分别计算得到第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值和第k个常数项二次相位误差系数估计值，进而计算得到第m个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像Smn；5.3令m分别取-M/2至M/2，重复5.2，进而分别得到第-M/2个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像S(-M/2)n至第M/2个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像S(M/2)n，记为M个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像Sn；5.4令n分别取-N/2至N/2，重复5.3，进而分别得到M个方位单元、第-N/2个距离单元处的聚焦图像S-N/2至M个方位单元、第N/2个距离单元处的聚焦图像SN/2，记为M个方位单元、N个距离单元处的聚焦图像S，所述M个方位单元、N个距离单元处的聚焦图像S为最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像。7.如权利要求5所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法，其特征在于，所述搜索步长，其得到过程为：Step1：初始化：令u表示第u次迭代，u的初始值为0；定义B为Hessian矩阵，Hessian矩阵B为ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度C分别对每个变量的二阶导数；将Hessian矩阵初始值记为Β[0]，并计算得到Hessian矩阵初始值Β[0]，Β[0]＝{Ba[0],Bb[0],Bc[0]}，Ba[0]表示以第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数a为变量的最终Hessian矩阵初始值，Bb[0]表示以第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数b为变量的最终Hessian矩阵初始值，Bc[0]表示以第k个常数项二次相位误差系数c为变量的最终Hessian矩阵初始值；其中，将以第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数a为变量的Hessian矩阵初始值记为4

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宏伟，邵帅，张磊，周叶剑，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，西安中电科西电科大雷达技术协同创新研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61