一种基于波程差补偿的ISAR图像配准方法技术

本发明专利技术提供一种基于波程差补偿的ISAR图像配准方法。技术方案是：设利用InISAR成像系统获得第一目标回波、第二目标回波、第三目标回波，三个目标回波来自InISAR成像系统中的不同雷达，第一目标回波对应的天线为发射天线，包括下述步骤:第一步，估计目标的旋转角速度；第二步，根据几何关系计算目标任意散射点到不同天线的波程差；第三步，构造相位差补偿相位，并进行相位补偿；第四步，计算配准之后的ISAR图像。本发明专利技术计算量小，配准精度高。

【技术实现步骤摘要】
一种基于波程差补偿的ISAR图像配准方法
本专利技术涉及InISAR(InterferometricInverseSyntheticApertureRadar，干涉逆合成孔径雷达)三维成像领域，特别涉及一种ISAR(InverseSyntheticApertureRadar，逆合成孔径雷达)图像配准方法。
技术介绍
InISAR三维成像技术是高分辨ISAR成像技术和干涉技术的结合，通过对两幅配准后的ISAR图像进行干涉处理获得干涉相位。ISAR图像配准是InISAR三维成像里面一个重要的技术，其目的是实现同一散射点在不同ISAR图像中的对齐，以便于后续的ISAR图像干涉处理是在同一个散射点之间进行，最终通过干涉得到散射点的三维坐标。近些年，国内外学者提出了很多ISAR图像配准相关的算法和应用。刘承兰等提出一种基于相位校正的图像配准方法，该方法通过在回波域将两幅ISAR图像利用各自的参考距离分别完成聚焦实现配准。该方法对于雷达的测距和测角精度要求比较高，尤其是在低信噪比情况下雷达测距和测角精度比较差时，导致图像配准和三维成像精度进一步变差，具体参见文献：刘承兰,高勋章,贺峰,等.一种基于相位校正的InISAR图像配准新方法[J].国防科技大学学报,2011,35(5):116-122.。另外，张群等人提出一种利用多天线结构三维成像技术，在互差的平均值为0.3034。由图5的三维成像结果可知，基于波程差补偿的ISAR图像通过长基线测得的目标转角对短基线接收的回波进行补偿，实现ISAR图像的配准。这种成像系统的天线结构相当复杂，给天线布阵带来极大的挑战，并且硬件成本太高。具体参见文献：ZhangQ,YeoTS,DuG,etal.Estimationofthree-dimensionalmotionparametersininterferometricISARimaging[J].Geoscience&RemoteSensingIEEETransactionson,2004,42(2):292-300.。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题是针对InISAR成像系统ISAR图像配准方法精度不高及对于雷达硬件系统要求过高等不足，提供一种基于波程差补偿的ISAR图像配准方法。本专利技术技术方案的基本思路是：本专利技术基于相位补偿消除散射点到不同天线的波程差，进而实现ISAR图像配准。其基本原理是，使用Chirp傅里叶变换估计得到目标的转动角速度，并根据几何关系计算各散射点到不同天线的波程差，构造相位进行波程差补偿。本专利技术的技术方案是：一种基于波程差补偿的ISAR图像配准方法，设利用InISAR成像系统获得第一目标回波、第二目标回波、第三目标回波，三个目标回波来自InISAR成像系统中的不同雷达，第一目标回波对应的天线为发射天线，包括下述步骤:第一步，估计目标的旋转角速度：对第一目标回波进行解线频调处理，再进行距离向脉冲压缩，获得目标的一维距离像；消除一维距离像的剩余视频相位和包络斜置项；利用Chirp傅里叶变换估计得到目标的旋转角速度。第二步，根据几何关系计算目标任意散射点到不同天线的波程差：利用下式计算目标任意散射点到不同天线之间的波程差：其中：L表示InISAR成像系统的天线基线长度，wAB表示目标旋转角速度在第一目标天线和第二目标天线以及电轴决定的平面上的投影,wAC表示目标旋转角速度在第一目标天线和第三目标天线以及电轴决定的平面上的投影；表示在慢时间为tm时，第一目标回波天线和第二目标回波天线的波程差；表示在慢时间为tm时，第一目标回波天线和第三目标回波天线的波程差。第三步，构造相位差补偿相位，并进行相位补偿：根据上述得到的随慢时间变化的波程差，构造波程差补偿相位。依次对第二目标回波和第三目标回波进行补偿。第四步，计算配准之后的ISAR图像：对经过上述处理的三个目标回波分别进行距离向和方位向的脉冲压缩获得配准之后的三幅ISAR图像。本专利技术的有益效果是：本专利技术可以有效消除散射点到不同天线之间的波程差，因此，配准精度较高；本专利技术不需要进行滑窗计算相关系数，可以有效减小计算量；此外，本专利技术致力于估计和补偿散射点到不同天线的波程差，对雷达成像系统的测距和测角精度要求不高。附图说明图1是本专利技术实施例的雷达观测模型；图2是本专利技术的总体流程图；图3是旋转角速度估计方法示例说明；图4是利用本专利技术得到的三部天线的配准后的ISAR图像；图5是经过本专利技术处理后对目标进行三维成像的结果；图6是经过基于相关系数配准方法处理后对目标进行三维成像的结果。具体实施方式为了对本专利技术进行更加清楚的描述，下面以三部雷达组成的InISAR成像系统为例对本专利技术进行详细描述。图1是本专利技术实施例的雷达观测模型。如图1所示，图中包含两个互相平行的坐标系：雷达坐标系(A-XYZ)和目标坐标系(O-xyz)；在雷达坐标系中，Y轴方向为电轴方向；三部雷达在雷达坐标系下位置分别为A(0,0,0),B(L,0,0)和C(0,0,L)。利用InISAR成像系统对目标进行成像时，仅仅天线A发射电磁波，三部天线均接收电磁波。目标中心在雷达坐标系下的位置为O(X0,Y0,Z0)；目标坐标系原点位于目标的几何中心，即O(X0,Y0,Z0)；目标第k个散射点Pk在目标坐标系下的位置为Pk(xk,yk,zk)，天线A观测目标的方位角为俯仰角为α。目标相对于雷达旋转角速度不变。图2是本专利技术的总体流程图，首先使用Chirp傅里叶变换估计目标的旋转角速度，其次根据几何关系计算得到目标任意散射点到不同天线的波程差，然后构造波程差补偿相位消除波程差的影响，最后计算配准之后的ISAR图像。整个流程分为四个大的步骤。第一步，估计目标的旋转角速度：将天线A接收到的回波进行解线频调处理，再进行距离向压缩得到回波的一维距离像，随后消除一维距离像的剩余视频相位和包络斜置项。以上处理参见文献:保铮,邢孟道,王彤.雷达成像技术[M].北京:电子工业出版社.2005.。然后对上述结果利用Chirp傅里叶变换估计目标回波多普勒频率的调频斜率，再通过换算得到目标的旋转角速度，可参见文献：罗文茂，崔应留.基于调频傅里叶变换的高速目标ISAR距离像算法[J].火力与指挥控制.2016年11月，第41卷，第11期：36-40.为了提高估计旋转角速度结果的稳定性，此处选择目标强散射点所在距离单元的前后多个距离单元(调频斜率变化不大)的一维距离像作为距离单元块，对目标回波多普勒频率的调频斜率进行估计。在各个距离单元块估计得到调频斜率之后，再根据调频斜率与散射点径向距离之间的线性约束关系，对多个距离单元块估计得到的调频斜率进行最小二乘拟合，得到拟合直线。最终拟合得到的直线斜率k与目标的旋转角速度w成一一对应关系：上述公式中λ表示InISAR成像系统中的雷达的工作波长。第二步，根据几何关系计算目标任意散射点到不同天线的波程差：设目标成像慢时间tm时，目标到A(即前述的第一目标天线)、B(即前述的第二目标天线)、C天线(即前述的第三目标天线)的距离为根据雷达的基线长度L、目标旋转角速度wAB和wAC，和成像慢时间tm，计算目标任意散射点到A、B天线的波程差和到A、C天线的波程差分别表示为：第三步，构造相位差补偿相位本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于波程差补偿的ISAR图像配准方法，设利用InISAR成像系统获得第一目标回波、第二目标回波、第三目标回波，三个目标回波来自InISAR成像系统中的不同雷达，第一目标回波对应的天线为发射天线，InISAR是指干涉逆合成孔径雷达，ISAR是指逆合成孔径雷达，其特征在于，包括下述步骤:第一步，估计目标的旋转角速度：对第一目标回波进行解线频调处理，再进行距离向脉冲压缩，获得目标的一维距离像；消除一维距离像的剩余视频相位和包络斜置项；利用Chirp傅里叶变换估计得到目标的旋转角速度；第二步，根据几何关系计算目标任意散射点到不同天线的波程差：利用下式计算目标任意散射点到不同天线之间的波程差：

【技术特征摘要】
1.一种基于波程差补偿的ISAR图像配准方法，设利用InISAR成像系统获得第一目标回波、第二目标回波、第三目标回波，三个目标回波来自InISAR成像系统中的不同雷达，第一目标回波对应的天线为发射天线，InISAR是指干涉逆合成孔径雷达，ISAR是指逆合成孔径雷达，其特征在于，包括下述步骤:第一步，估计目标的旋转角速度：对第一目标回波进行解线频调处理，再进行距离向脉冲压缩，获得目标的一维距离像；消除一维距离像的剩余视频相位和包络斜置项；利用Chirp傅里叶变换估计得到目标的旋转角速度；第二步，根据几何关系计算目标任意散射点到不同天线的波程差：利用下式计算目标任意散射点到不同天线之间的波程差：其中：...

【专利技术属性】
技术研发人员：蒋李兵，王壮，周子铂，王鑫奎，喻祥，任笑圆，郑通，
申请(专利权)人：中国人民解放军国防科技大学，
类型：发明
国别省市：湖南,43