專利名稱：Isar圖像距離單元選擇橫向定標方法
技術領域：
本發明屬于雷達技術領域，涉及ISAR橫向定標方法，特別是利用多種準則選擇距離單元，可用在基于ISAR圖像的目標識別，對于其中的特征提取具有重要的支撐作用。
背景技術：
ISAR橫向定標是基于ISAR成像的目標識別分類中涉及的關鍵技術。橫向定標算法的核心就在于獲得在成像時間內目標相對雷達視線轉過的總轉角，所有的橫向定標的算法也是圍繞這一點展開。目前橫向定標算法大致可分為以下兩類一是基于圖像域的定標算法，包括圖像熵法，基于對稱目標的橫向定標算法，基于圖像旋轉自相關的橫向定標算法以及基于2D FT與極化映射的橫向定標算法等。其中圖 像熵法采用評價函數來優化未知的轉角參數，當圖像評價函數獲得極值，即圖像最聚焦時，得到相應的轉角，但這種方法需要在解空間內反復搜索，計算量非常大；基于對稱目標的橫向定標算法是基于對稱目標的對稱軸垂直于對稱點直線，利用主軸直線與對稱點直線斜率之間的關系得到目標的轉角估計，但是該方法只能針對對稱目標，而且主軸直線與對稱點直線斜率的準確獲取存在一定困難；基于圖像旋轉的橫向定標算法利用圖像旋轉技術將一幅圖像經過旋轉后與另一幅圖像進行匹配，兩幅圖像的匹配程度可以通過兩幅圖像的相關系數來衡量，相關系數越大，圖像的匹配程度就越高。在匹配程度最高時得到對應的轉角，即可實現對目標ISAR圖像的橫向定標，但該算法需要較高質量的ISAR圖像，而且需要確定圖像的旋轉中心；基于2D FT與極化映射的橫向定標算法則對圖像旋轉中心問題進行了優化，即利用二維傅里葉變換將圖像變換到頻域，使該頻域圖像的旋轉中心處于圖像的幾何中心，然后利用頻域圖像的旋轉相關性得到目標轉角，從而實現橫向定標，但該算法同樣對ISAR圖像質量要求較高，而且計算量也較大。二是基于雷達回波數據域的定標算法，包括軌跡擬合法，特顯點跟蹤法，最大似然參數估計法，以及基于LPFT的調頻率估計。其中軌跡擬合法主要是利用雷達對目標跟蹤的窄帶數據，得到目標的運動軌跡，然后得到運動目標相對雷達的轉角變化，但由于窄帶數據的誤差較大，以及目標的翻滾，傾斜和偏航等復雜運動，導致這種方法的估計精度非常低；特顯點跟蹤法是分別跟蹤目標上3個不同的孤立散射點，但實際情況下很難找到高質量的孤立點；最大似然參數估計法是通過最大似然函數來估計回波信號的三次相位系數和一次相位系數，然后利用兩者之間的關系得到目標的轉角估計，但由于三次相位系數一般非常小，且由于同一距離單元中散射點之間的相互影響，導致實際情況下很難準確估計回波信號中的三次相位系數，而且該方法涉及多維搜索，計算量也較大；基于LPFT的調頻率估計則是利用LPFT變換搜索回波信號的二次調頻率，根據二次調頻率與目標轉速之間的關系得到目標在成像時間內的總轉角，但該算法對距離單元的選擇較為敏感。基于LPFT的調頻率估計是目前較為良好的橫向距離定標算法。但是它的不足之處也較為明顯，如果調頻率估計不準，則通過最小二乘擬合難以得到正確的斜率，角速度的估計也隨之錯誤，從而造成橫向距離定標的結果誤差較大。在實測數據中，由于噪聲、目標運動狀態、相鄰特顯點的相互作用等各種因素的存在，對調頻率估計的結果影響很大，事實上通過很多距離單元估計的調頻率是錯誤的。如何選擇合適的距離單元進行調頻率估計是此算法在實際應用中最為關鍵的問題。
發明內容
本發明的目的在于上述已有技術的不足，提出一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標方法，以提聞調頻率估計的準確性。本發明的技術方案是以基于調頻率估計的ISAR橫向距離定標方法為基礎，設計多種準則選擇距離單元和對估計的調頻率進行二次篩選，其實現步驟包括如下(I)獲取雷達脈沖回波信號為Sk(m，η)，并對該雷達脈沖回波信號進行運動補償，得到運動補償后的雷達脈沖回波信號，表示為S' K(m，n)，其中，m為快時間離散采樣，m=l， 2,···, M, M為距離單元數，η為慢時間離散采樣，n=l,2,為脈沖數；(2)根據雷達脈沖回波信號E(m, η)的幅度信息選取ISAR圖像中目標所在的距離單元，得到目標回波信號S' κ(1，η)，其中，l=i，i+Ι，…，j，I表示目標所在的距離單元，i表示目標所在距離單元的起始位置，j表示目標所在距離單元的末尾位置；(3)利用多種準則從雷達脈沖回波信號S' E(m, η)中選擇所需的距離單元。(3a)利用距離-多普勒算法對目標回波信號S' κ(1，η)成像，得到ISAR圖像1(1，η/ ),其中n'表示頻率,η' =1,2, ···, N,分別計算ISAR圖像I (I, n')每個距離單元的對比度c(l)
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權利要求
1.一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標方法，包括如下步驟 (1)獲取雷達脈沖回波信號為Sk(m，η)，并對該雷達脈沖回波信號進行運動補償，得到運動補償后的雷達脈沖回波信號，表示為S' ^!!!，!^，其中^為快時間離散采樣，!!!^，〗，…，Μ, M為距離單元數，η為慢時間離散采樣，η=1,2, ···, N, N為脈沖數； (2)根據雷達脈沖回波信號S'E(m, η)的幅度信息選取ISAR圖像中目標所在的距離單元,得到目標回波信號S' κ(1, η),其中，I = i, i+Ι,…，j, I表示目標所在的距離單元，i表示目標所在距離單元的起始位置，j表示目標所在距離單元的末尾位置； (3)利用多種準則從雷達脈沖回波信號S'E(m,n)中選擇所需的距離單元。
(3a)利用距離-多普勒算法對目標回波信號S' Ε(1, η)成像，得到ISAR圖像I (1，η/ ),其中n'表示頻率,η' =1,2, ···, N,分別計算ISAR圖像I (I, n')每個距離單元的·對比度c(l).....―如a” {[j/(M’)|-胤側[I/(/; #)1]]2} 其中，I · I表示求模運算； (3b)將對比度c(l)進行降序排序，根據設定的對比度閾值μ I選擇出C(I)的前L個值，從目標回波信號S' κ(1，η)中提取這L個距離單元，作為初選距離單元，記為S' (I'，η),其中，Γ是初選出來的L個距離單元，Γ =1,2, ···, L ； (3c)計算初選距離單元S' (Γ，η)的每個距離單元的對比度c(l')； (3d)分別計算初選距離單元S' (I'，η)每個距離單元的包絡歸一化方差ν(1')，相位匹配二項式誤差Ρ(Γ )以及每個距離單元的平均幅度a(l') 秦^—τ,,Ξ ( ￡ι 1:—:^7 coy(S (I+(I ,w))]— ρ{1) = J^angleiS'ii, η)) - LSE(migle(S'( , )))[η “(/.)=』- ' N ·■ 其中，COV ( ·)表示求方差運算，mean( ·)表示求平均值運算，angle ( ·)表示求相位運算，LSE( ·)表示最小二乘擬合直線，Σ (O表示求和運算； (3e)分別對包絡歸一化方差V (Γ )進行升序排序，對相位匹配二項式誤差P (Γ )進行升序排序，對每個距離單元的平均幅度a(l')進行降序排序，對每個距離單元的對比度c(l')進行降序排序，依據排序后的V (Γ )，ρ(Γ )，a(l')和C(l')分別對初選距離單元S' (Γ，η)中每個距離單元進行“投票”，由此提取出初選距離單元S' (Γ，η)中前L'個距離單元，作為“投票”選擇出的距離單元，記為S' (I"，η)，其中，I"是新選擇出來的L'個距離單元，I" =1,2,…，L'，L'〈L。
(4)對“投票”選擇出的距離單元S'(I"，n)的每個距離單元進行局部多項式傅里葉變換lpft，得到調頻率chirp (I")和每個調頻率對應的歸一化面積area (I") (4a)設定參數a =-1, -O. 999，-O. 998，…，1，fn=16*N ；其中，α表示調頻率的搜索范圍，fn表示傅里葉變換的點數； (4b)對“投票”選擇出的距離單元S' (I"，η)中第I"個距離單元進行局部多項式傅里葉變換lpftd"，f，a)，并計算第I"個距離單元的圖像對比度ICQ"，a)，并令
2.根據權利要求I所述的一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標方法，其中步驟(3e)所述的依據排序后的V(l' ),p(r )，a(l')和c(r )分別對初選距離單元S' (I'，η)中每個距離單元進行“投票”，按如下步驟 (3el)找到初選距離單元S' (Γ，η)中每個距離單元在V (Γ )，ρ(Γ )，a(l')和c(l')中的排名順序，分別對每個距離單元在ν(Γ )，ρ(Γ )，a(l')和c(l')中排名順序的名次進行相加，計算得到每個距離單元的名次總和； (3e2)對每個距離單元的名次總和重新進行升序排序，選擇出前L'個值，從初選距離單元S' (Γ，n)中選擇出這L'個值對應的L'個距離單元，作為“投票”選擇出的距離單
3.根據權利要求I所述的一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標方法，其中步驟(6)所述的根據最小二乘方法，對調頻率chirp (k)和其對應的距離單元rangebin (k)線性擬合，得到K個調頻率估計的斜率4，通過如下計算公式進行
全文摘要
本發明公開一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標方法，主要解決現有方法沒有選擇到合適的距離單元以至于調頻率估計誤差較大的問題。其實現過程是讀取雷達脈沖回波；對雷達回波數據進行運動補償；根據幅度選取目標所在的距離單元；從目標所在的距離單元中根據多種準則選擇所需距離單元；利用局部多項式傅里葉變換對選擇的距離單元進行調頻率估計；根據歸一化面積準則二次選擇距離單元；多次利用最小二乘法求平均，得到角速度估計值，由角速度完成對ISAR圖像的橫向定標。本發明提高了調頻率估計的準確性，可用于對ISAR圖像的橫向定標。
文檔編號G01S13/89GK102944875SQ20121047655
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月21日 優先權日2012年11月21日
發明者糾博, 劉宏偉, 王競爭, 王英華, 杜蘭, 王鵬輝 申請人:西安電子科技大學