專利名稱：Isar圖像距離單元選擇橫向定標(biāo)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，涉及ISAR橫向定標(biāo)方法，特別是利用多種準(zhǔn)則選擇距離單元，可用在基于ISAR圖像的目標(biāo)識別，對于其中的特征提取具有重要的支撐作用。
背景技術(shù)：
ISAR橫向定標(biāo)是基于ISAR成像的目標(biāo)識別分類中涉及的關(guān)鍵技術(shù)。橫向定標(biāo)算法的核心就在于獲得在成像時間內(nèi)目標(biāo)相對雷達(dá)視線轉(zhuǎn)過的總轉(zhuǎn)角，所有的橫向定標(biāo)的算法也是圍繞這一點展開。目前橫向定標(biāo)算法大致可分為以下兩類一是基于圖像域的定標(biāo)算法，包括圖像熵法，基于對稱目標(biāo)的橫向定標(biāo)算法，基于圖像旋轉(zhuǎn)自相關(guān)的橫向定標(biāo)算法以及基于2D FT與極化映射的橫向定標(biāo)算法等。其中圖 像熵法采用評價函數(shù)來優(yōu)化未知的轉(zhuǎn)角參數(shù)，當(dāng)圖像評價函數(shù)獲得極值，即圖像最聚焦時，得到相應(yīng)的轉(zhuǎn)角，但這種方法需要在解空間內(nèi)反復(fù)搜索，計算量非常大；基于對稱目標(biāo)的橫向定標(biāo)算法是基于對稱目標(biāo)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(guān)系得到目標(biāo)的轉(zhuǎn)角估計，但是該方法只能針對對稱目標(biāo)，而且主軸直線與對稱點直線斜率的準(zhǔn)確獲取存在一定困難；基于圖像旋轉(zhuǎn)的橫向定標(biāo)算法利用圖像旋轉(zhuǎn)技術(shù)將一幅圖像經(jīng)過旋轉(zhuǎn)后與另一幅圖像進(jìn)行匹配，兩幅圖像的匹配程度可以通過兩幅圖像的相關(guān)系數(shù)來衡量，相關(guān)系數(shù)越大，圖像的匹配程度就越高。在匹配程度最高時得到對應(yīng)的轉(zhuǎn)角，即可實現(xiàn)對目標(biāo)ISAR圖像的橫向定標(biāo)，但該算法需要較高質(zhì)量的ISAR圖像，而且需要確定圖像的旋轉(zhuǎn)中心；基于2D FT與極化映射的橫向定標(biāo)算法則對圖像旋轉(zhuǎn)中心問題進(jìn)行了優(yōu)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(zhuǎn)中心處于圖像的幾何中心，然后利用頻域圖像的旋轉(zhuǎn)相關(guān)性得到目標(biāo)轉(zhuǎn)角，從而實現(xiàn)橫向定標(biāo)，但該算法同樣對ISAR圖像質(zhì)量要求較高，而且計算量也較大。二是基于雷達(dá)回波數(shù)據(jù)域的定標(biāo)算法，包括軌跡擬合法，特顯點跟蹤法，最大似然參數(shù)估計法，以及基于LPFT的調(diào)頻率估計。其中軌跡擬合法主要是利用雷達(dá)對目標(biāo)跟蹤的窄帶數(shù)據(jù)，得到目標(biāo)的運動軌跡，然后得到運動目標(biāo)相對雷達(dá)的轉(zhuǎn)角變化，但由于窄帶數(shù)據(jù)的誤差較大，以及目標(biāo)的翻滾，傾斜和偏航等復(fù)雜運動，導(dǎo)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(biāo)上3個不同的孤立散射點，但實際情況下很難找到高質(zhì)量的孤立點；最大似然參數(shù)估計法是通過最大似然函數(shù)來估計回波信號的三次相位系數(shù)和一次相位系數(shù)，然后利用兩者之間的關(guān)系得到目標(biāo)的轉(zhuǎn)角估計，但由于三次相位系數(shù)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(dǎo)致實際情況下很難準(zhǔn)確估計回波信號中的三次相位系數(shù)，而且該方法涉及多維搜索，計算量也較大；基于LPFT的調(diào)頻率估計則是利用LPFT變換搜索回波信號的二次調(diào)頻率，根據(jù)二次調(diào)頻率與目標(biāo)轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系得到目標(biāo)在成像時間內(nèi)的總轉(zhuǎn)角，但該算法對距離單元的選擇較為敏感?；贚PFT的調(diào)頻率估計是目前較為良好的橫向距離定標(biāo)算法。但是它的不足之處也較為明顯，如果調(diào)頻率估計不準(zhǔn)，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(biāo)的結(jié)果誤差較大。在實測數(shù)據(jù)中，由于噪聲、目標(biāo)運動狀態(tài)、相鄰特顯點的相互作用等各種因素的存在，對調(diào)頻率估計的結(jié)果影響很大，事實上通過很多距離單元估計的調(diào)頻率是錯誤的。如何選擇合適的距離單元進(jìn)行調(diào)頻率估計是此算法在實際應(yīng)用中最為關(guān)鍵的問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于上述已有技術(shù)的不足，提出一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標(biāo)方法，以提聞?wù){(diào)頻率估計的準(zhǔn)確性。本發(fā)明的技術(shù)方案是以基于調(diào)頻率估計的ISAR橫向距離定標(biāo)方法為基礎(chǔ)，設(shè)計多種準(zhǔn)則選擇距離單元和對估計的調(diào)頻率進(jìn)行二次篩選，其實現(xiàn)步驟包括如下(I)獲取雷達(dá)脈沖回波信號為Sk(m，η)，并對該雷達(dá)脈沖回波信號進(jìn)行運動補償，得到運動補償后的雷達(dá)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(shù)，η為慢時間離散采樣，n=l,2,為脈沖數(shù)；(2)根據(jù)雷達(dá)脈沖回波信號E(m, η)的幅度信息選取ISAR圖像中目標(biāo)所在的距離單元，得到目標(biāo)回波信號S' κ(1，η)，其中，l=i，i+Ι，…，j，I表示目標(biāo)所在的距離單元，i表示目標(biāo)所在距離單元的起始位置，j表示目標(biāo)所在距離單元的末尾位置；(3)利用多種準(zhǔn)則從雷達(dá)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(biāo)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(quán)利要求
1.一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標(biāo)方法，包括如下步驟 (1)獲取雷達(dá)脈沖回波信號為Sk(m，η)，并對該雷達(dá)脈沖回波信號進(jìn)行運動補償，得到運動補償后的雷達(dá)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(shù)，η為慢時間離散采樣，η=1,2, ···, N, N為脈沖數(shù)； (2)根據(jù)雷達(dá)脈沖回波信號S'E(m, η)的幅度信息選取ISAR圖像中目標(biāo)所在的距離單元,得到目標(biāo)回波信號S' κ(1, η),其中，I = i, i+Ι,…，j, I表示目標(biāo)所在的距離單元，i表示目標(biāo)所在距離單元的起始位置，j表示目標(biāo)所在距離單元的末尾位置； (3)利用多種準(zhǔn)則從雷達(dá)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(biāo)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(cè)[I/(/; #)1]]2} 其中，I · I表示求模運算； (3b)將對比度c(l)進(jìn)行降序排序，根據(jù)設(shè)定的對比度閾值μ I選擇出C(I)的前L個值，從目標(biāo)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(luò)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(luò)歸一化方差V (Γ )進(jìn)行升序排序，對相位匹配二項式誤差P (Γ )進(jìn)行升序排序，對每個距離單元的平均幅度a(l')進(jìn)行降序排序，對每個距離單元的對比度c(l')進(jìn)行降序排序，依據(jù)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(jìn)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(jìn)行局部多項式傅里葉變換lpft，得到調(diào)頻率chirp (I")和每個調(diào)頻率對應(yīng)的歸一化面積area (I") (4a)設(shè)定參數(shù)a =-1, -O. 999，-O. 998，…，1，fn=16*N ；其中，α表示調(diào)頻率的搜索范圍，fn表示傅里葉變換的點數(shù)； (4b)對“投票”選擇出的距離單元S' (I"，η)中第I"個距離單元進(jìn)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(jù)權(quán)利要求I所述的一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標(biāo)方法，其中步驟(3e)所述的依據(jù)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(jìn)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(jìn)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(jìn)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(yīng)的L'個距離單元，作為“投票”選擇出的距離單
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標(biāo)方法，其中步驟(6)所述的根據(jù)最小二乘方法，對調(diào)頻率chirp (k)和其對應(yīng)的距離單元rangebin (k)線性擬合，得到K個調(diào)頻率估計的斜率4，通過如下計算公式進(jìn)行
全文摘要
本發(fā)明公開一種ISAR圖像距離單元選擇橫向定標(biāo)方法，主要解決現(xiàn)有方法沒有選擇到合適的距離單元以至于調(diào)頻率估計誤差較大的問題。其實現(xiàn)過程是讀取雷達(dá)脈沖回波；對雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運動補償；根據(jù)幅度選取目標(biāo)所在的距離單元；從目標(biāo)所在的距離單元中根據(jù)多種準(zhǔn)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(jìn)行調(diào)頻率估計；根據(jù)歸一化面積準(zhǔn)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(biāo)。本發(fā)明提高了調(diào)頻率估計的準(zhǔn)確性，可用于對ISAR圖像的橫向定標(biāo)。
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(yōu)先權(quán)日2012年11月21日
發(fā)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(xué)