一種基于匹配追蹤的isar成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于信號處理領域，尤其涉及一種基于匹配追蹤的ISAR成像方法。
【背景技術】
[0002] 逆合成孔徑雷達（ISAR)是一種二維高分辨成像技術，ISAR是基于轉臺成像的原 理，其中把運動目標轉化成轉臺目標的關鍵技術是運動補償，而探測目標的非合作性增大 了運動補償的難度。
[0003] 目前一種普遍采用的ISAR成像技術是采用最小熵的方法對脈壓后的回波數據進 行包絡對齊，再采用自聚焦的方法成像。距離對齊是ISAR成像運動補償的主要部分，基于 最小熵的距離對齊方法是一種基于數據的運動補償方法，通過迭代的方式可以自適應地完 成距離對齊，具有良好的魯棒性。但是基于最小熵的距離對齊方法主要存在三個缺陷：第 一，最小熵的方法需要對原始回波數據進行脈壓，而脈壓會引入信號處理損耗；第二，基于 最小熵的信號包絡對齊的方法在低信雜比的情況下性能會下降，導致精度較低；第三，從圖 像熵的角度，未對齊的少數距離單元對圖像熵的影響不大，但對ISAR成像結果影響明顯， 因此利用熵衡量距離對齊的效果將對ISAR二維成像造成較大的偏差。
【發明內容】
[0004] 為解決上述問題，本發明提供一種基于匹配追蹤的ISAR成像能夠取得更好的運 動補償效果，實現更高分辨率的ISAR成像。
[0005] 本發明的基于匹配追蹤的ISAR成像方法，其包括以下步驟：
[0006] 步驟1，接收回波數據s(t，tm)，將所述回波數據s(t，〇進行距離向的傅里葉變換 獲得S(?，tj;其中t是距離向的時刻，k是方位向的時刻，《表示頻域的角頻率；
[0007] 步驟2,利用模擬退火算法實現連續參數空間的匹配追蹤，搜索出與回波數據匹配 最佳的原子Gtjpt;
[0008] 步驟21，用三階切比雪夫多項式構造原子，三階切比雪夫多項式r表示為：
[0009] r=B0Uc^a1Ufa2Ufa3U3 (1)，
[0010] 原子G表不為：
[0011] G(a〇,a1；a2,a3) =exp(i?Tr) (2)；
[0012] 其中{aQ, ai,a2,a3}是多項式系數，i為虛數，上角標T表示向量的轉置， {U0,U1,U2,U3}是第一類切比雪夫多項式的前四項，且Utl= 1，U尸tm，％ -1， Ui=Atl-Xl-
[0013] 步驟22,原子G與回波數據S(?，tm)的匹配程度由相關系數e衡量，e表示為：
【主權項】
1. 一種基于匹配追蹤的ISAR成像方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟1，接收回波數據s (t，tm)，將所述回波數據s (t，tm)進行距離向的傅里葉變換獲得 S(c〇, tj ;其中t是距離向的時刻，tn是方位向的時刻，ω表示頻域的角頻率； 步驟2,利用模擬退火算法實現連續參數空間的匹配追蹤，搜索出與回波數據匹配最佳 的原子Gtjpt; 步驟21，用三階切比雪夫多項式構造原子，三階切比雪夫多項式r表示為： r = B0Uc^a1UAa2UJa3U 3 (1)， 原子G表不為： G (a〇, a1； a2, a3) = exp (i ω Tr) (2)； 其中是多項式系數，i為虛數，上角標T表示向量的轉置，{UQ，U1, U2, U3} 是第一類切比雪夫多項式的前四項，且Utl= 1，U 1= t m，
步驟22,原子G與回波數據S(?，tm)的匹配程度由相關系數β衡量，β表示為：
其中，M為回波數據幀數，N為采樣點個數，S(q，p)和G(q，p)分別表示矩陣S(?，tm) 和G(a(l，叫，a2, a3)的第q行、第p列的元素 ，Re □表示取復數的實部； 步驟23,設置模擬退火算法的參數，所述參數包括：溫度閾值Tmin、當前溫度T的初始 值、溫度衰減因子β、鏈長L、最優的參數Atjpt和最優的相關系數α _，且Atjpt= [0,0,0,0]， α _= 〇,該當前溫度T的初始值大于T min; 步驟24,計數k為1時設定aQ, a。a2, 83這四個參數的搜索區間，然后在aQ, a。a2, 83各 自的搜索區間按照隨機分布初始化，獲得參數A1，表示為&= [&(11，&11，&21，&31]，代入式（1) 得到切比雪夫多項式Sr 1，代入式（2)獲得初始的原子匕，代入式（3)獲得多項式系數β1; 步驟25,計數k加1 ; 步驟26,在參數A1的鄰域內隨機選取新的參數A k，表示為Ak= [a Clk, alk, a2k, a3k]，代入 式⑴得到切比雪夫多項式為rk，代入式⑵獲得原子Gk，代入式（3)獲得多項式系數f3 k; 步驟27,在[0, 1]內產生一個隨機數，該隨機數記為rand，若β k> β滅 exp (( β k-β D/T) > rand，則給A1賦值為A k，給β i賦值為β k，執行步驟28 ;否則AjP β I 不變，直接執行步驟28; 步驟28,若α_< β i，則給Atjpt賦值為A1，給a。#賦值為β i，執行步驟29;否則Atjpt 和α _不變，直接執行步驟29 ; 步驟29,若所述計數k的值小于L，重復步驟25至28直至所述計數k的值大于等于L， 然后執行步驟30 ; 步驟30,若當前溫度T大于Tmin，給T賦值為f3J，重復步驟25至29,完成不同溫度下 最優原子的搜索與比較，直到當前溫度T小于等于Tmin，根據式（1)和式（2)獲得擬合效果 最佳的切比雪夫多項式和最佳原子G 步驟3,利用所述最佳原子6_對回波數據進行運動補償即給S(?，tm)賦值為 S(?，tm) · G_;其中符號?表示兩個矩陣的對應元素點乘； 步驟4,對步驟3中補償后的回波數據S (ω，tm)進行距離向的逆傅里葉變換，恢復成時 域信號；并對該時域信號進行成像，至此完成ISAR成像。
【專利摘要】本發明提出一種基于匹配追蹤的ISAR成像方法，解決IASR成像中的回波數據距離對齊問題。步驟1，將接收的回波數據進行距離向的傅里葉變換；步驟2，用切比雪夫多項式構造原子，用模擬退火算法實現連續參數空間的匹配追蹤，得到與回波數據匹配最佳的原子；步驟3，利用最佳的原子對回波數據進行運動補償；步驟4，對回波數據進行距離向的逆傅里葉變換，恢復成時域信號；步驟5，采用自聚焦的方法對回波數據進行成像。本發明能夠取得更好的運動補償效果，實現更高分辨率的ISAR成像。
【IPC分類】G01S13-90
【公開號】CN104678394
【申請號】CN201510107984
【發明人】任麗香, 李楓, 曹軍, 范花玉, 龍騰
【申請人】北京理工大學
【公開日】2015年6月3日
【申請日】2015年3月12日