基于互信息的3DInISAR圖像配準融合方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于雷達成像技術領域，涉及基于互信息的3DInISAR圖像配準融合方法。
【背景技術】
[0002] 微波成像雷達具有全天時、全天候、遠距離提供高分辨率圖像的能力。在軍事和民 用領域受到了越來越廣泛的關注和應用。逆合成孔徑雷達（ISAR)是國內外雷達成像領域 重點研宄方向之一。目前的ISAR成像多以單基雷達為基礎，單基地雷達ISAR成像通常是 利用對目標的觀測信號的反演得到目標散射中心的二維分布，由于目標往往具有非合作性 和機動性，不能確定目標散射點在三維空間中的真實位置，即使利用復雜的成像算法獲取 高分辨的目標圖像，也僅僅只能反映目標沿著某一雷達視角下的局部散射信息，難以用于 對目標后續的識別與分類，很大程度上限制了ISAR的目標識別能力。
[0003] 隨著雷達成像技術的發展，采用單基地雷達成像時，由于固定不變的觀測方向，往 往不能提供給我們所需的足夠的目標信息。因此，一種結合干涉技術與ISAR二維分辨技術 的干涉逆合成孔徑雷達三維成像（InlSAR)方法得到廣泛關注，它結合了干涉技術和ISAR 技術，通過對基線兩端的雷達獲取的兩幅ISAR圖像進行干涉處理，恢復各散射點沿基線方 向的投影坐標，融合兩個干涉結果建立三維圖像，不同位置的雷達ISAR成像提供了不同的 目標信息。但由于干涉天線相對于雷達目標的空間位置不同，各天線在成像積累時間內所 接收信號彼此存在波程差，圖像和數據融合較難。利用圖像配準技術，將兩幅ISAR圖像進 行融合，是獲取全面、穩定目標形狀和機構信息的關鍵。
【發明內容】
[0004] 本發明的目的是提供基于互信息的3DInISAR圖像配準融合方法，解決了采用單 基地雷達成像時提供的目標信息較單一以及多基地雷達觀測下的InlSAR成像和數據融合 難的問題。
[0005] 本發明所采用的技術方案是，基于互信息的3DInISAR圖像配準融合方法，具體按 照以下步驟實施：
[0006] 步驟1 :目標圖像的三維狀態獲取，任意選取多基地雷達觀測下3DInISAR成像系 統中不同位置的3DInISAR圖像，并將其作為參考圖像和待配準圖像，獲取目標3DInISAR圖 像各點在三維空間中的分布狀態；
[0007] 步驟2 :圖像配準融合，采用基于互信息的配準方法，得到三維配準圖。
[0008] 本發明的特征還在于，
[0009] 步驟1中，目標3DInISAR圖像各點在三維空間中的分布狀態獲取過程為：
[0010] 步驟1 :選取目標圖像上任一散射點q，3DInISAR成像系統中的發射和接受天線0 發射出線性調頻信號：
【主權項】
1. 基于互信息的3DInISAR圖像配準融合方法，其特征在于，具體按照以下步驟實施： 步驟1 :目標圖像的三維狀態獲取，任意選取多基地雷達觀測下3DInISAR成像系統中 不同位置的3DInISAR圖像，并將其作為參考圖像和待配準圖像，獲取目標3DInISAR圖像各 點在三維空間中的分布狀態； 步驟2 :圖像配準融合，采用基于互信息的配準方法，得到三維配準圖。
2. 根據權利要求1所述基于互信息的3DInISAR圖像配準融合方法，其特征在于，步驟 1中，所述目標3DInISAR圖像各點在三維空間中的分布狀態獲取過程為： 步驟1 :選取目標圖像上任一散射點q，3DInISAR成像系統中的發射和接受天線O發射 出線性調頻信號：
其中，為天線O發射出的線性調頻信號，f。為載波頻率，γ為調頻率，?為快時間； 步驟2 :3DInISAR成像系統中的接收天線Ap A2與天線O分別接收目標回波信號：
， 其中，Sql為天線O接收到的目標回波信號，S ,2為天線A i接收到的目標回波信號，S ,3為 天線A2接收到的目標回波信號，c為光速，R i (tm)，R2 (tm)，R3(tm)依次為tm時刻q點到天線 距離； 步驟3 :對步驟2接收到的回波信號進行匹配濾波，匹配濾波后其表達式為：
其中，Sql為天線O接收到有用的目標回波信號，S q2為天線A i接收到有用的目標回波信 號，Sq3為天線A2接收到有用的目標回波信號，〇 ml、〇n^P 〇 m3表示脈壓后的目標散射點幅 度，Δ?；為線性調頻信號頻帶； 步驟4 :利用復振頻來計算q點的坐標，三個天線的復振幅分別為：
其中，Aq表示?P，C)和V)的絕對值； 步驟5 :計算q點沿X軸與z軸的投影坐標，將Sq2 (tm)與Sq3 (tm)分別與Sql (tm)共軛相 乘，即乘其倒f
得·· '
， 即，?(UsVU的相位差沖",)為：
q點沿X軸與Z軸的投影坐標根據相位差得出：
其中，X (tm)為q點在tm時刻在X軸的投影，z (t m)為q點在tm時刻在z軸的投影； 步驟6 :計算目標的最大橫向和縱向尺寸范圍，為使橫向和縱向測距無模糊，因相位差 是以2 π為周期，應保證：
最大橫向和縱向的目標尺寸范圍為：
步驟7 :得出參考圖像中各點在xyz坐標系中的分布圖，用I表示； 步驟8 :在坐標系xyz中新建坐標系X' y' Z'，定義其坐標原點〇'在坐標系xyz中 的坐標為（a，a，a)，在待配準圖像上重新選取任一散射點q，按照步驟1?6的方法，獲得待 配準圖像中各點在？太^坐標系中的分布圖，用"表示。
3.根據權利要求1所述基于互信息的3DInISAR圖像配準融合方法，其特征在于，步驟 2中，所述圖像配準融合的過程為： 步驟1:將xyz坐標系上的x-y投影圖像作為參考圖像，X' y' Z'坐標系上的 ? 投影圖像作為待配準圖像，對待配準圖像進行幾何變換Ta，使其變換后坐標值與參 考圖像坐標值對應，變換矩陣為： Ta= T1XT2XT3XT4,
其中，T1實現（tx，ty)的變換，T2為平移坐標系統到圖像中心，T 3為旋轉圖像.?度，T4 是平移圖像到新的原點； 步驟2 :采用PV插值法對未落在了參考圖像網格點上的點值進行計算來得到該點的 值； 步驟3 :計算參考圖像與插值后待配準的圖像間的互信息：
其中，I (α )為待配準圖像和參考圖像的互信息參數，PFK，a (f，r)為待配準圖像與參考 圖像的灰度聯合邊緣概率； 步驟4 :對基于互信息量的最優參數a進行評估： a optimal= arg max Ι(α ), 其中，α為最優參數，I (α)為待配準圖像和參考圖像的互信息參數； 步驟5 :利用Powell搜索算法進行最優化計算，依據最大互信息準則判斷所得參數是 否最優，若不是，重復步驟1?4,直到找出滿足精度要求的最優配準參數，利用最優配準參 數，將參考圖像和待配準圖在x-y平面內進行幾何對齊，得x-y平面內的配準圖； 步驟6 :在步驟5所得配準圖的基礎上，利用步驟1?5的方法，將參考圖像和待配準 圖在y-z平面內進行幾何對齊，得y-z平面內的配準圖； 步驟7 :在步驟6所得配準圖的基礎上，利用步驟1?5的方法，將參考圖像和待配準 圖在z-x平面內進行幾何對齊，得z-x平面內的配準圖； 步驟8 :將步驟5、步驟6和步驟7所得的配準圖像進行融合，得到三維圖像。
【專利摘要】本發明公開了基于互信息的3DInISAR圖像配準融合方法，包括目標圖像的三維狀態獲取和圖像配準；任意選取多基地雷達觀測下3DInISAR成像系統中兩個不同位置的3DInISAR圖像，獲取圖像各點在三維空間中的分布狀態；采用基于互信息的配準方法，得到三維配準圖。本發明采用基于互信息的配準方法，對多個雷達獲取的ISAR數據進行有效的融合，提高了雷達對目標的探測性能和識別概率。在戰場感知、對于目標識別、航空管制等方面具有廣泛的應用價值。
【IPC分類】G01S7-41
【公開號】CN104535978
【申請號】CN201410804329
【發明人】張龍, 賀小慧, 牛源蓁
【申請人】西安工程大學
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2014年12月19日