基于图像特征的ISAR图像几何定标方法技术

本发明专利技术公开了一种基于图像特征的ISAR图像几何定标方法，主要解决低信噪比图像的几何定标问题。其实现方案是：对雷达回波信号进行去平动分量处理得到处理后信号，计算瞬时斜距；对处理后信号依次进行距离向傅氏变换、Keystone变换和方位向傅氏变换，得到空域表达式；利用距离多普勒方法对处理后信号进行成像得到两幅图像，并提取图像的特征点和信息描述符；对两幅图像进行特征点匹配和错误点剔除，得到精确匹配的特征点；结合空域表达式和精确匹配的特征点依次构建位置坐标与转角的几何关系和代价函数，计算最终估计转角和图像的方位向分辨率，完成几何定标。本发明专利技术能对低信噪比图像进行精确几何定标，可用于旋转目标的探测。

【技术实现步骤摘要】
基于图像特征的ISAR图像几何定标方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及逆合成孔径雷达ISAR的定标方法，可用于旋转目标的探测。
技术介绍
逆合成孔径雷达ISAR成像技术已被广泛应用于包括目标成像以及目标几何形态鉴定的民用和军用领域，由于在微旋转ISAR图像中目标发生了姿态变化，会造成在成像和定标过程中的模糊和不精确，因此需要对目标的姿态变化进行检测，再通过测定其旋转角度来进行几何定标。在ISAR成像中，对于微旋转的目标几何定标方法而言，通常需要用到距离向分辨率和方位向分辨率，而距离向分辨率可通过500MHz左右的带宽雷达发射信号得到，方位向分辨率可通过目标在航迹中姿态角度的精确估计得到。然而，对于目标在微旋转后得到的雷达回波数据，如果估计的姿态角度不精确，就会造成ISAR成像的模糊和方位向分辨率误差大，从而造成错误的几何定标。为了解决这个问题，一些研究人员和学者提出了基于回波数据在时域和频域上目标相关性的特性来处理的方法，其中包括利用回波子数据段的相干累积和合成阵列干涉原理进行处理的方法以及利用卷积反投影、双天线ISAR以及多天线ISAR等接收回波数据并处理每个子孔径数据的成像结果，从而找出目标的旋转角度的方法等。然而，在大部分情况下用于ISAR目标检测的是单天线接收回波数据的雷达，并且直接利用回波数据的时域和频域特性进行处理会造成计算量的增大和误差率的增加，使得最终的转角估计结果和几何定标结果不理想。针对这个问题，William K.Pratt等人提出了利用图像灰度信息的互相关性质找出子图像像素相关性的方法。Srinivasa Reddy等人给出了一种基于变换域的图像匹配方法，但是这类方法对观测视角的变化敏感，主要是针对信噪比不高的ISAR图像，不适用于具有不同观测角度组成的低信噪比逆合成孔径的雷达图像。Zhen Xiong提出了一种基于图像的特征信息的方法，这种方法能够很好地通过角点找出子图像的相关特性，但是这种也不能很好地提取低信噪比ISAR图像的特征点，造成因提取的特征点数目少而无法达到定标精度的不足。以上方法都不能在低信噪比ISAR图像的情况下，快速有效地进行图像中ISAR目标的几何定标。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提供一种基于图像特征的ISAR图像定标方法，以在低信噪比情况下对ISAR回波数据进行高精度的几何定标。实现本专利技术目的的技术思路是:通过分析ISAR模型中回波信号特征点的频域与尺寸的几何关系建立矩阵模型，再提取出ISAR图像中变化明显的特征点用于有效的匹配，将这些有效匹配后的点进行转角估计，由此得到高精度的转角，从而利用这个精确的转角实现ISAR目标的精确的几何定标。其实现步骤包括如下:(I)对雷达接收的回波信号S进行去平动分量处理得到处理后回波信号为S'，计算处理后回波信号为S'中的瞬时斜距R(tm):本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于图像特征的ISAR图像几何定标方法，包括如下步骤：（1）对雷达接收的回波信号S进行去平动分量处理得到处理后回波信号为S′，计算处理后回波信号为S′中的瞬时斜距R(tm)：R(tm)=r0?asinθ(tm)?rcosθ(tm)，其中，r0为雷达到转台中心的距离，a为回波信号S′对应的方位向坐标，θ(tm)为目标随慢时间旋转的角度，r为回波信号S′对应的距离向坐标；（2）对处理后的回波信号S′作距离向傅氏变换，得到其中的基频时域表达式e(τ,tm)为：e(τ,tm)=ΣγTpsin[γTp(τ-τ0)π]γTp(τ-τ0)πexp[-j4πR(tm)/λ],其中，γ为调频率，Tp为脉冲宽度，τ为快时间，τ0为延迟时间，exp为以自然对数e为底的指数函数，tm为慢时间，λ为波长，R(tm)为瞬时斜距；（3）对基频回波信号的时域表达式e(τ,tm)进行Keystone变换，得到新的基频回波信号的时域表达式为：e′(τ,tm)=γTpsin{γTp[τ-2(r0+r)/c]π}γTp[τ-2(r0+r)/c]πexp(j4πrωtm/λ),其中，c为光速，ω为转角速度；（4）对新的基频回波信号的时域表达式e′(τ,tm)进行方位向傅氏变换，得到空域的表达式e(κα,κr)为：e(κα,κr)=ΣTpTmsin[A(κr-r)π]A(κr-r)sin[B(κα-a)π]B(κα-a)π,其中，Tm为方位向走动时间；为距离向系数因子；κr为距离向空域单位，它的取值间隔为Z为发射信号的带宽；为方位向系数因子；κα为方位向空域单位，它的取值间隔为θ为雷达回波信号中目标的转角；（5）通过目标转动模型得到处理后回波信号S′的两幅ISAR图像I1和I2，从第一幅图像I1中提取出序号为1到M的共M个特征点和序号为1到M的共M个信息描述 符，每一个信息描述符有128个数据；从第二幅图像I2中提取出序号为1到N的共N个特征点和序号为1到N的共N个信息描述符，每一个信息描述符有128个数据；（6）分别计算出第一幅图像I1的第1个信息描述符的128个数据与第二幅图像I2的第i个信息描述符的128个数据两两之间的欧氏距离，将这128个欧氏距离之和记为Oi，i从1到N，得到共N个欧氏距离之和，记为O=[O1,…,ON]；（7）计算N个欧氏距离之和O的最小值Op与次小值的比值，1≤p≤N；如果该比值小于距离阈值G=0.95，则记录下第一幅图像I1的第1个信息描述符的序号1和O中最小值的序号p，使得第一幅图像I1中序号为1的特征点与第二个图像I2中序号为p的特征点为相互匹配的一对特征点；（8）依次类推，对第一幅图像I1中的每一个信息描述符进行与步骤（6）和步骤（7）相同的处理，得到第一幅图像I1和第二幅图像I2相互匹配的V对特征点，1≤V≤M,完成特征点匹配；（9）对步骤（8）中特征点匹配后的V对特征点进行错误点剔除，得到第一幅图像I1中F个特征点与第二幅图像I2中F个特征点相匹配；（10）设第一幅图像I1中第k个特征点的位置坐标为设第二幅图像I2中第k个特征点的位置坐标为k=1,…,F，结合步骤（4）中基频信号的空域表达式e(κα,κr)，构建位置坐标和转角θ的几何关系为：[P11,P21,...,Pk1,...,PF1]=cosθsinθ-sinθcosθ·[P12,P22,...,Pk2,...,PF2];（11）根据步骤（10）的几何关系构建代价函数W为：W=Σk=1F|20×log10(Ak1+Ak22)|×[(ak2^-ak1^)×ΔFdΔTλ2Δrθl]2+(rk2^-rk1^)2,其中，为第一幅图像I1的第k个特征点的幅度值，为第二幅图像I2的第k个特征点的幅度值，为对第一幅图像I1中第k个特征点的位置坐标的归一化位置坐标，为对第二幅图像I2中第k个特征点的位置坐标的归一化位置坐标，△Fd为多普勒单...

【技术特征摘要】
1.一种基于图像特征的ISAR图像几何定标方法，包括如下步骤: (1)对雷达接收的回波信号S进行去平动分量处理得到处理后回波信号为S'，计算处理后回波信号为S'中的瞬时斜距R(tm): 2.根据权利要求1所述的方法，其中所述步骤(9)从匹配后的V对特征点中剔除错误点，是先计算出每一对特征点位置坐标的欧氏距离；再利用随机采样一致性方法，将位置坐标的欧氏距离小于等于距离阈值U=2.2的F对特征点作为正确匹配的特征点，0≤F≤V，反之为错误匹配的特征点，予以剔除。3.根据权利要求1...

【专利技术属性】
技术研发人员：张磊，许志伟，邢孟道，段佳，徐刚，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：