基于图像锐度的太赫兹ISAR成像自聚焦方法及装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及图像锐度的太赫兹ISAR成像自聚焦方法及装置，通过对太赫兹ISAR回波信号进行包络对齐，得到ISAR图像；基于ISAR图像，构建最大锐度函数；根据最大锐度函数计算梯度函数；根据梯度函数构建Hessian矩阵；并将负特征值进行正向翻转；通过黄金分割法确定迭代步长因子，根据迭代步长因子对正定的Hessian矩阵进行自聚焦迭代求解，得到求解的相位误差；根据求解的相位误差对机动目标进行相位补偿后进行方向位压缩，得到目标的二维成像图。有别于传统的自聚焦补偿手段，由于太赫兹雷达具有较高的多普勒敏感性，本发明专利技术的方法能获得全局最优的ISAR图像。最优的ISAR图像。最优的ISAR图像。

【技术实现步骤摘要】
基于图像锐度的太赫兹ISAR成像自聚焦方法及装置


[0001]本申请涉及雷达成像技术和雷达信号处理
，特别是涉及一种基于图像锐度的太赫兹ISAR成像自聚焦方法及装置。

技术介绍

[0002]成像雷达具有全天时和远距离等特点，能够在恶劣的气象环境下获取目标的二维高分辨图像，在军事和民用领域发挥着越来越重要的作用。逆合成孔径雷达成像是获取目标信息的重要手段之一，其对远距离非合作目标的成像能力使其在军事应用上的优势越来越明显。太赫兹作为微波与红外之间的过渡频段，频率范围为0.1～10THz，波长范围为3mm～30μm，太赫兹雷达相比传统的微波雷达其带宽大，可以实现目标的高分辨成像；波长短，具有多普勒敏感性，能够对目标微小运动等信息具有较强的感知能力。在很短的时间内就可以实现高分辨成像，避免了雷达回波因目标运动状态快速变化而引起的复杂成像过程，并可以实时捕获高速运动目标的动态，这为目标探测和识别提供新的途径。近年来，太赫兹波段相关器件迅猛发展，太赫兹波所具有的独特的优越性和其巨大的应用前景逐渐被发掘和利用。现阶段，太赫兹成像雷达已经逐渐走向应用，在实际应用中凸显的问题逐渐引起人们的关注，机动目标自聚焦就是其中最重要的问题之一。自聚焦技术是太赫兹成像雷达走向实用化不可避免的一个问题，在实际应用中非常普遍，比如ISAR成像中飞机无规则运动和舰船运动等等。如果相位误差没有得到很好的补偿，将不能成像。在低频段雷达中，比如X频段雷达，对自聚焦精度要求不高。而在太赫兹频段，由于太赫兹波长很小，对相位误差敏感性增强；且太赫兹雷达数据量大，采样率高，传统的自聚焦算法不适用于太赫兹雷达高分辨成像，需要研究相应的补偿方法。
[0003]现有的成像雷达相位补偿方法中，针对机动目标补偿效果十分有限。对机动目标成像的研究主要集中在微波波段，然而，由于分辨率较低，很难识别和释义成像结果；基于激光雷达的ISAR成像，由于雷达系统穿透性有限，难以应用于一些极端条件下；在太赫兹频段，目标平动引起的多普勒变化比较大时，很难通过传统相位补偿方法实现相位精确补偿。因此，如何发挥太赫兹雷达的频段全天时，高分辨的优势，研究太赫兹成像雷达相位补偿技术是一个有待研究的问题，针对这一问题，目前的研究还不够深入，基本思路还是沿袭之前的方案，没有针对太赫兹频段的特殊性进行深入研究。

技术实现思路

[0004]基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种实现简单、鲁棒性强的能够在太赫兹频段实现相位精确补偿的基于图像锐度的太赫兹ISAR成像自聚焦方法及装置。
[0005]一种基于图像锐度的太赫兹ISAR成像自聚焦方法，所述方法包括：
[0006]获取太赫兹ISAR回波信号，对所述太赫兹ISAR回波信号进行包络对齐，得到ISAR图像；
[0007]基于所述ISAR图像，构建关于相位误差的ISAR图像最大锐度函数；
[0008]根据所述ISAR图像最大锐度函数计算关于相位误差的梯度函数；
[0009]根据所述梯度函数构建Hessian矩阵；将所述Hessian矩阵中的负特征值进行正向翻转，得到正定的Hessian矩阵；
[0010]通过黄金分割法确定迭代步长因子，根据所述迭代步长因子对所述正定的Hessian矩阵进行自聚焦迭代求解，得到求解的相位误差；
[0011]根据所述求解的相位误差对机动目标进行相位补偿后进行方向位压缩，得到目标的二维成像图。
[0012]在一个实施例中，对所述太赫兹ISAR回波信号进行包络对齐，得到ISAR图像，包括：
[0013]得到的ISAR图像为：
[0014][0015]其中，I(k,n)为ISAR图像，f(m,n)为包络对齐后的一维距离图像，m为距离单元指数，n为方位慢时间指数，为需要补偿的相位误差，k为多普勒频率，M表示方位慢时间总数，j表示虚数单位。
[0016]在一个实施例中，基于所述ISAR图像，构建关于相位误差的ISAR图像最大锐度函数，包括：
[0017]采用β
‑
2函数衡量ISAR图像的图像锐度：
[0018][0019]最大图像锐度的估计相位误差为：
[0020][0021]根据图像锐度C
I
和相位误差构建关于相位误差的ISAR图像最大锐度函数：
[0022][0023]其中，迭代结束的条件为：u表示相位误差补偿的精度，I(k,n)为ISAR图像，k为多普勒频率，m为方位慢时间指数，n为距离单元指数，为需要补偿的相位误差，表示相位误差的估计值，表示更新后的相位误差估计值，表示第l次迭代中第m个脉冲的相位误差估计值，N表示距离单元总数，M表示方位慢时间总数。
[0024]在一个实施例中，根据所述ISAR图像最大锐度函数计算关于相位误差的梯度函数，包括：
[0025]计算图像锐度C
I
关于相位误差的梯度：
[0026][0027]其中，
[0028][0029]ISAR图像对相位误差的一阶导数可以表示为：
[0030][0031]所以图像锐度C
I
关于相位误差的梯度表示为：
[0032][0033]其中，(
·
)
*
代表共轭运算，H(m,n)＝IFFT{|I(k,n)|2·
I(k,n)}，IFFT{
·
}代表快速傅里叶逆变换，I(k,n)为ISAR图像，f(m,n)为包络对齐后的一维距离图像，m为距离单元指数，n为方位慢时间指数，为需要补偿的相位误差，k为多普勒频率，j表示虚数单位，I表示ISAR图像，N表示距离单元总数，M表示方位慢时间总数。
[0034]在一个实施例中，根据所述梯度函数构建Hessian矩阵，包括：
[0035]计算图像锐度C
I
关于相位误差的Hessian矩阵：
[0036][0037]因为ISAR不同脉冲的相位误差相对独立，因此只需要导出Hessian矩阵的对角线元素简化计算：
[0038][0039]Hessian矩阵对角线元素计算公式为：
[0040][0041]其中，(
·
)
*
代表共轭运算，H(m,n)＝IFFT{|I(k,n)|2·
I(k,n)}，IFFT{
·
}代表快速傅里叶逆变换，I(k,n)为ISAR图像，为需要补偿的相位误差，f(m,n)为包络对齐后的一维距离图像，n为方位慢时间指数，m为距离单元指数，k为多普勒频率，j表示虚数单位。
[0042]在一个实施例中，将所述Hessian矩阵中的负特征值进行正向翻转，得到正定的Hessian矩阵，包括：
[0043]对Hessian矩阵中的负特征值取绝对值：
[0044][0045]在一个实施例中，通过黄金分割法确定迭代步长因子，包括：
[0046]通过黄金分割法确定迭代步长因子，所述迭代步长因子需要满足：...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于图像锐度的太赫兹ISAR成像自聚焦方法，其特征在于，所述方法包括：获取太赫兹ISAR回波信号，对所述太赫兹ISAR回波信号进行包络对齐，得到ISAR图像；基于所述ISAR图像，构建关于相位误差的ISAR图像最大锐度函数；根据所述ISAR图像最大锐度函数计算关于相位误差的梯度函数；根据所述梯度函数构建Hessian矩阵；将所述Hessian矩阵中的负特征值进行正向翻转，得到正定的Hessian矩阵；通过黄金分割法确定迭代步长因子，根据所述迭代步长因子对所述正定的Hessian矩阵进行自聚焦迭代求解，得到求解的相位误差；根据所述求解的相位误差对机动目标进行相位补偿后进行方向位压缩，得到目标的二维成像图。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对所述太赫兹ISAR回波信号进行包络对齐，得到ISAR图像，包括：得到的ISAR图像为：其中，I(k,n)为ISAR图像，f(m,n)为包络对齐后的一维距离图像，m为距离单元指数，n为方位慢时间指数，为需要补偿的相位误差，k为多普勒频率，M表示方位慢时间总数，j表示虚数单位。3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，基于所述ISAR图像，构建关于相位误差的ISAR图像最大锐度函数，包括：采用β
‑
2函数衡量ISAR图像的图像锐度：最大图像锐度的估计相位误差为：根据图像锐度C
I
和相位误差构建关于相位误差的ISAR图像最大锐度函数：其中，迭代结束的条件为：u表示相位误差补偿的精度，I(k,n)为ISAR图像，k为多普勒频率，n为方位慢时间指数，m为距离单元指数，为需要补偿的相位误差，表示相位误差的估计值，表示更新后的相位误差估计值，表示第l次迭代中第m个脉冲的相位误差估计值，N表示距离单元总数，M表示方位慢时间总数。4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，根据所述ISAR图像最大锐度函数计算关于相位误差的梯度函数，包括：计算图像锐度C
I
关于相位误差的梯度：
其中，ISAR图像对相位误差的一阶导数可以表示为：所以图像锐度C
I
关于相位误差的梯度表示为：其中，(
·
)
*
代表共轭运算，H(m,n)＝IFFT{|I(k,n)|2·
I(k,n)}，IFFT{
·
}代表快速傅里叶逆变换，I(k,n)为ISAR图像，f(m,n)为包络对齐后的一维距离图像，m为距离单元指数，n为方位慢时间指数，为需要补偿的相位误差，k为多普勒频率，j表示虚数单位，I表示ISAR图像，N表示距离单元总数，M...

【专利技术属性】
技术研发人员：王宏强，王鹤潼，杨琪，邓彬，曾旸，
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：