一种基于视频SAR阴影的定位方法技术

本发明专利技术属于视频SAR运动目标跟踪定位技术领域，具体涉及一种基于视频SAR阴影的定位方法。本发明专利技术的方法：首先，基于视频SAR成像区域的参考点的绝对坐标的采集，以及对参考点的成像结果检测，得到参考点的相对坐标、绝对坐标以及目标的相对坐标，然后建立超定方程组，并简化方程组，将其中共同未知参数合并成新的变量，将其成为超定线性方程组，最后利用最小二乘法完成对目标参数的估计。这种算法巧妙的利用方程组解二次参数的共有性，将二次方程组替换成一次线性方程组，使用最小二乘法的参数估计优势有效的降低了动目标估计的误差。计优势有效的降低了动目标估计的误差。计优势有效的降低了动目标估计的误差。

【技术实现步骤摘要】
一种基于视频SAR阴影的定位方法


[0001]本专利技术属于视频SAR运动目标跟踪定位
，具体涉及一种基于视频SAR阴影的定位方法。

技术介绍

[0002]运动目标检测和分析始终是合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)研究领域的关键和热点。美国Sandia实验室在2003年提出了VideoSAR的成像模式，通过对场景高帧率、高分辨率成像，实现对地面的动态观测，实时掌握目标区域的相关信息。随着现代军事上对敌方侦察以及精确制导的水平日益上升，对目标的检测识别以及动目标的检测、跟踪、定位的要求也随之愈高，SAR的成像帧率随着雷达技术的发展以及计算硬件的提升获得了巨大提升，从对静止目标以及舰船目标成像到对运动目标成像，获取到动目标的位置等信息。视频SAR的动目标检测与跟踪在军事上对于战场敌情侦测占领主动权具有重大的战略意义，具备巨大的研究价值和前景，并且在民用领域如在复杂气候交通检测以及自然灾害勘测等场景具备不可替代的监测作用。
[0003]目前，国内对VideoSAR动目标检测跟踪定位的研究尚处于起步阶段，从高帧率的视频图像中获取动目标并进行跟踪是关键技术。目标运动导致图像发生散焦，但多普勒频移使其在实际位置留下阴影，因此可根据阴影信息实现VideoSAR图像中动目标的检测。国内外研究人员针对SAR动目标检测提出了多种方法。
[0004]在得到运动目标在成像中的位置后还不能得到运动目标的绝对位置，需要通过建立相对参考系得到目标的绝对位置，通过实时得到绝对位置可以进一步计算出目标的速度和加速度等信息，具有一定的研究实际应用前景。
[0005]在视频SAR成像为二维信息，只需要两个参考点即可完成对动目标的在成像结果的相对坐标转换成绝对坐标，即可完成对动目标的定位，但是在视频SAR中的定位参考点在成像中存在误差，视频SAR成像中存在很多相干斑噪声，只根据两个参考点在实际的定位算法中定位精度较差。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的，就是针对在视频SAR成像中，由于动目标的位移导致在成像过程中对于动目标难以聚焦导致在动目标真实位置上出现阴影，本文通过在视频SAR成像结果中检测到的阴影相对坐标以及已知的参考点，提供了一种基于视频SAR阴影的动目标高精度的定位方法。
[0007]为便于理解，对本专利技术基于的技术原理进行以下说明：
[0008]对于两个坐标系，至少需要其中两点的在两个坐标系中的坐标就可以确定两个坐标系的映射关系，如图1中，存在两点A，B，它们的在SAR图像中的坐标为(x
a
,y
a
)(x
b
,y
b
)，另外预先观测到他们的绝对坐标为对于目标C的SAR图像中的坐标为 (x
c
,y
c
)。
[0009]通过坐标系的映射关系图，不难可以建立出关系式，如下所示：
[0010][0011]由于只有未知，上式方程组右边已知，令
[0012][0013]又(x
c
‑
x
b
)2+(y
c
‑
y
b
)2和(x
c
‑
x
a
)2+(y
c
‑
y
a
)2也是已知，为了则令
[0014][0015]将关系式展开则有
[0016][0017]进一步简化上式，令
[0018][0019]则有
[0020][0021]本专利技术的技术方案为：
[0022]通过在视频SAR成像的检测区域添加多个已知位置的参考点，并得到参考点的经纬度，通过视频SAR成像对已知参考点进行检测识别，并通过阴影检测得到运动目标的相对位置，利用坐标转换关系得到坐标系转换方程组，本专利技术相较于传统的基于视频SAR的动目标两点定位技术，将非线性问题转换为线性定位，本专利技术的有效的利用了多个参考点来降低误差，而且可以通过并行加速该算法的定位速度，具体的技术方案如图2所示，包括以下步骤：
[0023]S1、通过在视频SAR成像结果中预先已知的所有参考点的相对坐标(x
i
,y
i
)，以及绝对坐标其中i为第i个坐标序号，i＝0,1,2,
…
,n，建立超定方程组如下：
[0024][0025]其中为检测到目标的相对坐标，C0‑
C
n
为已知的常数，计算过程如下：
[0026]得到相对坐标和绝对坐标的尺度缩放尺度R，不是一般性选择第0和第1的参考点计算：
[0027][0028]令R
i
为：
[0029]R
i
＝(x
c
‑
x
i
)2+(y
c
‑
y
i
)2[0030]可以计算C
i
的常数计算结果为：
[0031][0032]S2、对一个超定方程组的模型GX＝F求解，通过求其最小二范数解，其中最小二乘解为：
[0033][0034]对步骤S1中的超定方程组，将作为一个未知量处理，令将S1 中的超定方程组转换成线性方程组：
[0035][0036]S3、对进行最小二乘参数估计，有：
[0037][0038]以及F为：
[0039]F＝[C0,C1,
…
,C
n
]T
[0040]的最小二乘估计为：
[0041][0042]最终动目标的阴影定位估计结果为其中为在计算得到的估计向量中的第i个元素。
[0043]本专利技术的有益效果为，相较于传统的基于视频SAR的动目标两点定位技术，本专利技术的有效的利用了多个参考点来降低误差，并将非线性问题转换为线性定位，不仅成功使用并行加速加快定位速度而且达到了精度更高的定位效果。
附图说明
[0044]图1为本专利技术算法的定位示意图；
[0045]图2为本专利技术的流程框图；
[0046]图3为实验基于本方法的仿真效果展示。
具体实施方式
[0047]下面结合附图和仿真示例对本专利技术进行详细的描述，以证明本专利技术的实用性。
[0048]仿真环境：：Intel i7
‑
6700处理器，win操作系统，matlab软件仿真；
[0049]数据集：电子科技大学雷达微波实验室的视频SAR成像视频数据。
[0050]采用本专利技术的方法在matlab进行仿真分析，利用不同参考点在不同帧的仿真精度如附图 3，其中误差ε
i
定义为：
[0051][0052]本可以看出本专利技术的视频SAR动目标跟踪定位精度有着很好的提升效果。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于视频SAR阴影的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、通过预先已知所有参考点的相对坐标(x
i
,y
i
)，以及绝对坐标其中i为第i个坐标序号，i＝0,1,2,
…
,n，建立超定方程组如下：其中为检测到目标的相对坐标，C0‑
C
n
为已知的常数，计算过程如下：得到相对坐标和绝对坐标的尺度缩放尺度R，选择第0和第1的参考点计算：令R
i
为：R
i
＝(x
c
‑
x
i
)2+(y
c
‑
y
i

【专利技术属性】
技术研发人员：杨晓波，李晋，闵锐，皮亦鸣，余正顺，曹宗杰，崔宗勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：