空间自旋目标雷达的三维成像方法、装置及存储介质制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种空间自旋目标雷达的三维成像方法、装置及存储介质，其中所述方法包括以下步骤：对目标的原始回波信号进行预相参处理以去除回波信号的平动信息，获得未压缩的相参回波数据；利用二维酉ESPRIT方法从所述未压缩的相参回波数据中提取散射点的距离‑速率矩阵，基于散射点的距离‑速率矩阵获得一维距离像；基于卡尔曼滤波和最小欧式距离准则对所述一维距离像中的散射点进行关联；根据角速度以循环迭代的计算方式确定最终的散射点的距离‑速率矩阵，并对最终的散射点的距离‑速率矩阵进行因式分解得到最终形状矩阵和最终视角矩阵，基于最终形状矩阵获得目标的三维成像。通过本发明专利技术方法获得的最终形状矩阵，能有效去除目标形状的尺度模糊。

【技术实现步骤摘要】
空间自旋目标雷达的三维成像方法、装置及存储介质
本专利技术涉及雷达成像
，尤其涉及一种空间自旋目标雷达的三维成像方法、装置及存储介质。
技术介绍
由于雷达目标的三维散射点分布对目标的分类和识别有重要作用，目前，通过高分辨率雷达成像技术，对高速自旋目标的散射点三维坐标进行重构成为一个研究热点。空间目标在高速运动的同时，一般还伴有引起微多普勒的微动(micro-motiondynamics)。对于常见的锥体、柱体和对称的多面体目标，其在空间高速运动同时，一般还伴有自旋(Spinning)。常见的空间目标，如卫星、空间碎片，在飞行过程中都有着稳定的自旋特性，另外雷达成像的许多非合作目标都具有高速自旋特性，如直升机旋翼和旋转的地面雷达天线等等。目前，基于多天线的InISAR(InterferometricInverseSyntheticApertureRadar,InISAR)三维成像方法需要先利用传统的ISAR成像算法完成散射点在成像投影平面的二维坐标和相位的提取。但是，对于高速自旋目标，在观测时间内目标散射点可能旋转了一个或者多个周期，这将使得传统的ISAR成像算法中小旋转角度的假设不再成立；另外，由于目标的旋转，使得在成像时间内，散射点距离-多普勒是一个时变信号，距离像的走动超过了一个距离单元，传统的成像方法无法实现有效聚焦，甚至瞬时距离-多普勒算法(RID)都会失效，所以直接对距离-多普勒序列进行分解会导致估计的目标形状矩阵和真实的形状矩阵间存在着尺度模糊和三维旋转变换，进而无法准确度的获得目标形状。
技术实现思路
本专利技术实施例提供一种空间自旋目标雷达的三维成像方法、装置及存储介质，用以解决现有技术中存在的获得的目标形状不够准确的问题。第一方面，本专利技术实施例提供一种空间自旋目标雷达的三维成像方法，所述方法包括以下步骤：对目标的原始回波信号进行预相参处理以去除回波信号的平动信息，获得未压缩的相参回波数据；利用二维酉ESPRIT方法从所述未压缩的相参回波数据中提取散射点的距离-速率矩阵，基于散射点的距离-速率矩阵获得一维距离像；基于卡尔曼滤波和最小欧式距离准则对所述一维距离像中的散射点进行关联；根据角速度以循环迭代的计算方式确定最终的散射点的距离-速率矩阵，并对最终的散射点的距离-速率矩阵进行因式分解得到最终形状矩阵和最终视角矩阵，基于最终形状矩阵获得目标的三维成像。可选的，所述对目标的原始回波信号进行预相参处理以去除回波信号的平动信息，具体包括：利用回波数据进行平动速度估计获得速度估计值，利用获得的所述速度估计值构造第一相位补偿函数，并利用第一相位补偿函数对所述原始回波信号进行补偿；获取参考距离Rref(tm)与目标转动中心距离Ro(tm)之间的距离差RΔso，利用所述距离差RΔso在快时间域内构造第二相位补偿函数，并利用第二相位补偿函数对经过第一相位补偿函数补偿后的原始回波信号进行补偿；其中，tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；对数据的距离向进行快速傅氏变换FFT，在快时间域对应的频域构造第三相位补偿函数，并利用第三相位补偿函数对经过第二相位补偿函数补偿后的原始回波信号进行补偿；对经过第三相位补偿函数补偿后的原始回波信号的距离向进行快速傅里叶反变换IFFT，得到去除平动信息后的信号以获得未压缩的相参回波数据。可选的，所述第一相位补偿函数为：其中，相位项分别对应为：其中：tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；为快时间；为速度估计值；fc为信号中心频率；γ为调频频率；c为电磁波传播速度；j为方位向单位向量；Rref为参考距离；Ro为目标转动中心；RΔso为参考距离Rref和目标转动中心距离Ro间的距离差。可选的，所述第二补偿函数为：其中：tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；为快时间；fc为信号中心频率；γ为调频频率；c为电磁波传播速度；j为方位向单位向量；RΔso为参考距离Rref和目标转动中心距离Ro间的距离差。可选的，所述第三补偿函数为：相位项：其中：tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；为快时间；为速度估计值；fc为信号中心频率；γ为调频频率；c为电磁波传播速度；j为方位向单位向量；为快时间对应的频域变量；Rref为参考距离；RΔso为参考距离Rref和目标转动中心距离Ro间的距离差。可选的，所述去除平动信息后的信号的计算式为：其中：tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；fc为信号中心频率；B为信号带宽；Ta为观测时间长度；rs为去除平动后散射点的径向距离；c为电磁波传播速度；j为方位向单位向量。可选的，所述根据角速度以循环迭代的计算方式确定最终的散射点的距离-速率矩阵，并对最终的散射点的距离-速率矩阵进行因式分解得到最终形状矩阵和最终视角矩阵，获得三维成像，具体包括如下步骤：(1)设定估计角速度为Ωk，并设定初始散射点的距离-速率矩阵Φ，根据初始距离-速率矩阵Φ利用第一计算公式计算第一散射点的距离-速率矩阵Wk；所述初始散射点的距离-速率矩阵Φ的公式为：所述第一计算公式为：其中：Ωeff为有效转动角速率，Ωeff＝Ωkcosθ；Ωk为估计角速度，k＝0,1,2,3....n，n为正整数；(2)利用第二计算公式对第一散射点的距离-速率矩阵Wk进行因式分解获得形状矩阵和视角矩阵所述第二计算公式为：则，其中：(U1)2M×3为左奇异向量非零特征值部分；(U2)2M×(S-3)为左奇异向量零特征值部分；(∑1)3×3为对角线为奇异值的3×3方阵；(V1)3×S为右奇异向量非零特征值部分；(V2)(S-3)×S为右奇异向量零特征值部分；(3)根据所述视角矩阵利用穷举法计算获得旋转变换矩阵Qk，并计算获得计算角速度以获得最终角速度具体包括：(3.1)设定旋转变换矩阵Qk；所述旋转变换矩阵公式为：Qk＝RzRyRx；其中：(φx,φy,φz)＝argmin{[(jr)col,3]T(jr)col,3}；φx为x-轴与旋转向量的夹角；φy为y-轴与旋转向量的夹角；φz为z-轴与旋转向量的夹角；jr为雷达视线的分解结果在XOZ平面的投影；为第k次迭代运算时的视角矩阵；为第k次迭代运算时的三维旋转矩阵；(jr)col,3为jr的第三列向量；(3.2)利用搜索的方式对步骤(4.1)中的计算式(φx,φy,φz)＝argmin{[(jr)col,3]T(jr)col,3}进行求解，以获得旋转变换矩阵Qk；(3.3)利用获得的旋转变换矩阵Qk获得旋转后的形状矩阵和旋转后的视角矩阵所述旋转后的视角矩阵的计算式为：所述旋转后的形状矩阵的计算式为其中：为视角矩阵；为形状矩阵；I3×3为3×3单位矩阵；(3.4)利用获得的旋转后的形状矩阵和旋转后的视角矩阵获得复数h(k)，并从h(k)中提取相位获得∠h(k)；h(k)的计算式为：∠h(k)的表达式为：其中：为常数；k为迭代次数Ω为角速度大小tk为第k次时长ΔT为脉冲间隔(3.5)提取所述∠h(k)中的一次项系数获得依据和第三计算公式获得计算角速度所述第三计算公式为：ΔT为脉冲间隔；(3.6)设定门限值ε0，将步骤(3.2)中获得的{[(jr)col，3]T(jr)col，3}本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种空间自旋目标雷达的三维成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对目标的原始回波信号进行预相参处理以去除回波信号的平动信息，获得未压缩的相参回波数据；利用二维酉ESPRIT方法从所述未压缩的相参回波数据中提取散射点的距离‑速率矩阵，基于散射点的距离‑速率矩阵获得一维距离像；基于卡尔曼滤波和最小欧式距离准则对所述一维距离像中的散射点进行关联；根据角速度以循环迭代的计算方式确定最终的散射点的距离‑速率矩阵，并对最终的散射点的距离‑速率矩阵进行因式分解得到最终形状矩阵和最终视角矩阵，基于最终形状矩阵获得目标的三维成像。

【技术特征摘要】
1.一种空间自旋目标雷达的三维成像方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：对目标的原始回波信号进行预相参处理以去除回波信号的平动信息，获得未压缩的相参回波数据；利用二维酉ESPRIT方法从所述未压缩的相参回波数据中提取散射点的距离-速率矩阵，基于散射点的距离-速率矩阵获得一维距离像；基于卡尔曼滤波和最小欧式距离准则对所述一维距离像中的散射点进行关联；根据角速度以循环迭代的计算方式确定最终的散射点的距离-速率矩阵，并对最终的散射点的距离-速率矩阵进行因式分解得到最终形状矩阵和最终视角矩阵，基于最终形状矩阵获得目标的三维成像。2.如权利要求1所述的空间自旋目标雷达的三维成像方法，其特征在于，所述对目标的原始回波信号进行预相参处理以去除回波信号的平动信息，具体包括：利用回波数据进行平动速度估计获得速度估计值，利用获得的所述速度估计值构造第一相位补偿函数，并利用第一相位补偿函数对所述原始回波信号进行补偿；获取参考距离Rref(tm)与目标转动中心距离Ro(tm)之间的距离差RΔso，利用所述距离差RΔso在快时间域内构造第二相位补偿函数，并利用第二相位补偿函数对经过第一相位补偿函数补偿后的原始回波信号进行补偿；其中，tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；对数据的距离向进行快速傅氏变换FFT，在快时间域对应的频域构造第三相位补偿函数，并利用第三相位补偿函数对经过第二相位补偿函数补偿后的原始回波信号进行补偿；对经过第三相位补偿函数补偿后的原始回波信号的距离向进行快速傅里叶反变换IFFT，得到去除平动信息后的信号以获得未压缩的相参回波数据。3.如权利要求2所述的空间自旋目标雷达的三维成像方法，其特征在于，所述第一相位补偿函数为：其中，相位项分别对应为：其中：tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；为快时间；为速度估计值；fc为信号中心频率；γ为调频频率；c为电磁波传播速度；j为方位向单位向量；Rref为参考距离；Ro为目标转动中心；RΔso为参考距离Rref和目标转动中心距离Ro间的距离差。4.如权利要求2所述的空间自旋目标雷达的三维成像方法，其特征在于，所述第二补偿函数为：其中：tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；为快时间；fc为信号中心频率；γ为调频频率；c为电磁波传播速度；j为方位向单位向量；RΔso为参考距离Rref和目标转动中心距离Ro间的距离差。5.如权利要求2所述的空间自旋目标雷达的三维成像方法，其特征在于，所述第三补偿函数为：相位项：其中：tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；为快时间；为速度估计值；fc为信号中心频率；γ为调频频率；c为电磁波传播速度；j为方位向单位向量；为快时间对应的频域变量；Rref为参考距离；RΔso为参考距离Rref和目标转动中心距离Ro间的距离差。6.如权利要求2所述的空间自旋目标雷达的三维成像方法，其特征在于，所述去除平动信息后的信号的计算式为：其中：tm为慢时间，m为脉冲数，m的取值范围为100-500；fc为信号中心频率；B为信号带宽；Ta为观测时间长度；rs为去除平动后散射点的径向距离；c为电磁波传播速度；j为方位向单位向量。7.如权利要求1所述的空间自旋目标雷达的三维成像方法，其特征在于，所述根据角速度以循环迭代的计算方式确定最终的散射点的距离-速率矩阵，并对最终的散射点的距离-速率矩阵进行因式分解得到最终形状矩阵和最终视角矩阵，获得三维成像，具体包括如下步骤：(1)设定估计角速度为Ωk，并设定初始散射点的距离-速率矩阵Φ，根据初始距离-速率矩阵Φ...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕严先，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司电子科学研究院，
类型：发明
国别省市：北京,11