一种逆合成孔径雷达的目标转速估计方法技术

本发明专利技术涉及雷达技术领域，提供一种逆合成孔径雷达的目标转速估计方法，包括：根据接收的回波数据，获取两幅逆合成孔径雷达的距离多普勒图像；通过平移相关对齐所述两幅距离多普勒图像，并获取所述两幅距离多普勒图像中的目标区域图像；对两幅所述目标区域距离多普勒图像进行旋转相关，根据旋转相关系数，估计目标的转速。本发明专利技术通过三级一维卷积插值过程实现图像旋转，可以减少计算量，提高转速估计的速度，同时，该方法对目标散射特性没有具体的要求，应用范围较大。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达
，更具体地，本专利技术涉及。
技术介绍
逆合成孔径雷达(ISAR)是一种微波成像技术，可以提供非合作运动目标(例如飞机、舰船)的二维图像，增强后续的目标识别能力。ISAR通过发射宽带信号提供沿雷达视线方向(距离向)的高分辨能力，通过对雷达和目标之间相对视角的变化进行相干积累来提供横向分辨能力。当所成图像积累的目标视角变化较小时，采用高效的FFT处理可获得目标在距离-多普勒(RD)域的图像。 由于ISAR通常针对非合作目标成像，因此，目标等效转动的估计(即雷达和目标之间相对视角的变化)非常重要，这是因为存在下述两个方面的需求。首先，ISAR图像定标的需要；虽然ISAR所成图像的距离向分辨率取决于雷达发射信号的带宽(其通常是一个已知量)；但是图像的横向分辨率取决于相干积累时间内相对视角的变化量，对于非合作目标成像而言，该变化量通常是未知的。只有对该视角变化量进行准确的估计，才能够对ISAR图像进行横向定标，得到距离-跨距离域的图像，以用于后续目标识另lj。其次，ISAR成像运动补偿的需要；当成像所积累视角变化较大时，可能出现跨分辨单元徙动(MTRC)问题，引起图像模糊；同时，当存在非匀速的目标转动时，也会产生图像散焦等问题，这些都需要根据目标的转动信息进行转动补偿，提高成像质量。 现有的ISAR转动估计的典型方法主要有轨迹拟合法、图像质量法和基于高阶相位项分析的方法和基于光流场分析的方法。轨迹拟合法通过窄带雷达提供的目标跟踪数据，计算运动目标相对雷达的视角变化，通常估计精度较低。图像质量法采用图像评价函数来优化未知的转角参数，当该图像评价函数获得极值时(此时图像的聚焦效果最好)，获得相应的转角估计，由于此类方法需要在解空间内进行反复搜索，每一次搜索都需要复杂的成像处理，例如极坐标格式成像、巻积逆投影成像，计算量较大。 典型的基于高阶相位项的方法诸如特显点处理(PPP)的方法，该方法将目标上的回波信号近似为线性调频信号(LFM)，通过估计LFM的起始频率和调频率，并结合三个散射点所在的距离向位置信息，完成平动补偿、转动补偿和转角估计，该类方法的主要问题是在实际情况中难以找到稳定可靠的高质量孤立散射点。对于缺乏特显点的目标，可以引入时频分析(TFA)的方法提取高阶相位项，但TFA类方法对目标回波信号的分析都是针对距离单元内的回波进行的，而散射点回波驻留在同一距离单元内的时间有限(特别是对于高分辨雷达)；因而，信号的高阶相位系数通常很小，参数提取困难，参数提取及其后的计算量较大，精度较低。
技术实现思路
为克服现有的ISAR图像横向定标方法计算量大、精度低以及强散射中心提取困4难的缺陷，本专利技术提出一种基于相邻图像旋转相关的目标转速估计方法。根据本专利技术的一个方面，提供，包括 步骤10)、根据接收的回波数据，获取两幅逆合成孔径雷达的距离多普勒图像； 步骤20)、通过平移相关来对齐所述两幅距离多普勒图像，并获取所述两幅距离多普勒图像中的目标区域图像； 步骤30)、对两幅所述目标区域距离多普勒图像进行旋转相关，根据旋转相关系数，估计目标的转速。其中，步骤IO)中，对所述回波数据进行滑窗成像，获取两幅距离-多普勒图像序列；其中，使用滑窗宽度确定每幅距离多普勒图像积累的脉冲数，滑窗步长确定两幅图像之间的视角差。 其中，步骤20)还包括通过平移相关方法消除目标在距离多普勒平面上的位置偏移，对齐所述两幅距离多普勒图像。 其中，步骤20)中还包括裁剪目标所在的区域的距离多普勒图像的边缘区域。其中，步骤30)中，所述两幅目标区域距离多普勒图像之间的对应关系为碌2〕isin(a7。cos (《=R'浙其中，(Xc(tm》，Yc(U))和(Xc(U，Yc(U)分别表示相同散射中心在两幅目标区域距离多普勒图像中的位置，edif = 。(tm2-tj表示所述两幅图像之间的视角差，nr和na分别为距离多普勒图像的距离向和方位向尺度因子，R( e dif)限定两幅图像之间的旋转关系，其中，R(&小SR(d)S-'=77r 、7。sin(&,) cos(~) 其中，步骤30)中，所述两幅目标区域距离多普勒图像的旋转操作可通过如下三个一维的频域巻积插值实现，1A tan1浙1。 〃1tan《其中，步骤30)中，所述两幅目标区域距离多普勒图像之间的相关系数定义为i:ix,u(x,力)/2(x,力 其中，fjx， y)和f2(x， y)为两幅图像的幅度，Trat ()表示所述旋转操作。 其中，步骤30)中，所述旋转相关系数的极大值点对应估计的目标转速，获得目标转速和旋转方向的估计。5 其中，上述方法进一步包括 步骤40)、根据估计的目标转速对距离_多普勒图像进行横向定标，所述横向标度因子为化^^T，其中，A为载波波长，^为脉冲重复频率，M为图像积累的脉冲数目，。为目标转速。 通过应用本专利技术，对ISAR系统接收的回波数据进行分段成像得到目标转速的估计，不需要额外的系统硬件；通过三级的一维巻积插值过程实现高质量的图像旋转，可以极大地减少计算量，提高转速估计的速度；同时，该方法对目标散射特性没有具体的要求，应用范围较大。附图说明 图1为根据本专利技术的实施例的飞机目标模型； 图2为根据本专利技术的实施例的目标转速估计流程图； 图3为基于滑窗的图像序列获取示意图； 图4为逆合成孔径雷达信号处理流程示意图； 图5为基于旋转体模型的逆合成孔径雷达成像示意图； 图6为频率的巻积插值实现过程示意图； 图7为逆时针旋转的目标转速搜索结果示意图； 图8为顺时针方向旋转的目标搜索结果示意图； 图9为采用1024脉冲的未定标距离多普勒图像示意图； 图10为采用1024脉冲的定标距离多普勒图像示意图； 图11为采用1024脉冲的极坐标格式定标图像示意图。具体实施例方式下面结合附图和具体实施例，对本专利技术提供的作进一步说明。 在根据本专利技术的一个实施例中，本专利技术所述的方法针对我国某实验ISAR系统提供的数据进行处理，在本实施例中，图1给出的飞机目标模型，作为本实施例中定标的对象。通常，本领域内普通技术人员可以认识到本专利技术不限于图中的飞机目标，还包括诸如舰船等其它非合作目标。所述实验ISAR系统，雷达载波频率为5. 52GHz ;发射线性调频信号，带宽400MHz ;采用Dechirp方式获取脉冲压縮信号，并经正交I/Q双通道采样，采样频率10MHz ;等效脉冲重复频率200Hz (经过了脉冲抽取)；获取2048个脉冲进行处理。 图2为根据本专利技术实施例的目标转速估计方法总体流程图。如图2所示，首先，对接收到的原始回波数据进行平动补偿，获取平动补偿后的脉压数据；对所述脉压数据使用滑窗方式成像，获取两幅距离-多普勒(RD)图像；在根据本专利技术实施例所述的方法中，该两幅RD图像可以有脉冲重叠，也可以没有脉冲重叠；然后，通过平移相关方法对齐两幅RD图像，并选取目标所在的距离单元中心区域作为等效旋转中心；定义需要搜索的目标转速范围，并根据已知参数得到相应的RD图像横向尺度因子和两幅图像之间的视角差；旋转其中的一幅图像(顺时针或者逆时针方向)，将旋转图像和另一幅图像作相关；根据相关系数的6最大值确定目标的旋转速度和旋转方向，并对传统RD图像横向定标本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种逆合成孔径雷达的目标转速估计方法，包括：步骤１０）、根据接收的回波数据，获取两幅逆合成孔径雷达的距离多普勒图像；步骤２０）、通过平移相关来对齐所述两幅距离多普勒图像，并获取所述两幅距离多普勒图像中的目标区域图像；步骤３０）、对两幅所述目标区域距离多普勒图像进行旋转相关，根据旋转相关系数，估计目标的转速。

【技术特征摘要】
一种逆合成孔径雷达的目标转速估计方法，包括步骤10)、根据接收的回波数据，获取两幅逆合成孔径雷达的距离多普勒图像；步骤20)、通过平移相关来对齐所述两幅距离多普勒图像，并获取所述两幅距离多普勒图像中的目标区域图像；步骤30)、对两幅所述目标区域距离多普勒图像进行旋转相关，根据旋转相关系数，估计目标的转速。2. 权利要求l的方法，其中，步骤IO)中，对所述回波数据进行滑窗成像，获取两幅距离_多普勒图像序列；其中，使用滑窗宽度确定每幅距离多普勒图像积累的脉冲数，滑窗步长确定两幅图像之间的视角差。3. 权利要求1的方法，其中，步骤20)还包括通过平移相关方法消除目标在距离多普勒平面上的位置偏移，对齐所述两幅距离多普勒图像。4. 权利要求1的方法，其中，步骤20)中还包括裁剪目标所在的区域的距离多普勒图像的边缘区域。5. 权利要求l的方法，其中，步骤30)中，所述两幅目标区域距离多普勒图像之间的对应关系为<formula>formula see original document page 2</formula>其中，(Xc(tm》，Yc(U))和(Xc(U，Yc(U)分别表示相同散射中心在两幅目标区域距离多普勒图像中的位置，edif = 。(tm2-tj表示所述两幅图像之间的视角差，nr和n...

【专利技术属性】
技术研发人员：叶春茂，许稼，彭应宁，王秀坛，左渝，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：11[中国|北京]