一種基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法技術

本發明專利技術提供了一種基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法。所述基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法包括如下步驟：將雷達回波數據按時間順序劃分為N段，每個數據段對應的ISAR序列圖像均存在出現ISAR交叉像的可能性，每個數據段再劃分為兩個子數據段并進行ISAR成像處理獲得兩幅子孔徑圖像；對N段數據依次估計出每一幅ISAR序列圖像中艦船目標像的轉角；對獲得的像轉角，依次使用極端值判決準則判斷是否出現了交叉像。所述基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法能夠利用艦船目標在若干相鄰序列圖像中的形態信息變化準確地預測出交叉像的出現，不僅適用于機載ISAR對海觀測平臺，還適用于彈載等高機動平臺。

【技術實現步驟摘要】
一種基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法
本專利技術涉及雷達信號處理
，具體地，涉及一種基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法。
技術介紹
合成孔徑雷達(SAR)是一種用途廣泛的成像雷達體制，SAR系統可安裝在飛機、導彈、衛星等機動平臺上，用于觀測地面景物等靜止目標，而逆合成孔徑雷達(ISAR)系統則旨在解決運動目標、尤其是非合作運動目標的成像問題。非合作運動目標，如飛機、艦船等的運動往往具有強機動性和復雜周期性，目標的運動信息往往不可預知，這給ISAR成像造成了重大考驗。ISAR成像處理通常將待處理的含有同一目標回波的原始數據按照時間順序切分為連續若干個包含相同回波脈沖數的回波數據段，我們將每一段數據成像處理后得到的目標ISAR圖像定義為序列圖像。序列圖像在時間上是連續的，目標像在序列圖像中的變化反映了觀測時間內目標實際運動情況。然而，由于受到目標非合作性的影響，序列圖像中必然包含不少低質量圖像，如目標分辨率過低、目標重影嚴重等。對應這些低質量數據，一個合理的做法是若能預先得知，則可以不進行ISAR成像處理而直接丟棄以提高效率。由此，從大量回波數據中篩選優質回波數據也成為ISAR信號處理所面臨的問題之一。海面艦船是一類高軍事價值目標。ISAR對艦船目標成像必須要利用艦船自身在海浪作用下的搖擺運動，尤其是在高海情條件下，適當地選取成像積累時間長度和成像中心時刻，可以得到利于目標識別的高質量ISAR圖像。然而，由于艦船運動情況較為復雜，除了基于自帶動力的運動之外還受海浪的外力驅動，總體上呈現出一種機動和簡諧振動相結合的運動表現，導致艦船目標的運動變化往往具有周期往復的特征。由此，若對某一艦船目標的ISAR成像時間跨越了該目標的相鄰兩個運動周期，即成像時間內目標搖擺至最大振幅位置并改變了搖擺方向，則該段數據段ISAR成像結果中就會出現兩個交叉重疊的艦船圖像，簡稱“交叉像”。如圖1所示，“交叉像”圖像中兩個艦船的主體呈X狀交叉。這類圖像對后續的目標檢測和識別是十分不利的，實際應用價值很低。從ISAR成像機理簡要分析出現“交叉像”的原因如下：成像積累時間內，艦船目標的跨搖擺周期運動造成了ISAR天線相位中心和艦船之間的合成有效轉動矢量方向突變，使得這段回波數據中船首散射點的多普勒頻率出現了由正到負、船尾散射點的多普勒頻率出現了由負到正的極端變化，并最終體現為船體圖像的X狀交叉重疊。因此，如何在大量ISAR回波數據中判別并排除交叉像是艦船ISAR成像處理的一個研究點。文獻(汪玲，朱兆達，朱岱寅等，“機載ISAR艦船側視和俯視成像時間段選擇”，電子與信息學報，2008，30(12)：2835-2839)中提出了艦船實測數據成像處理的中出現交叉像的不利情況，然而并沒有提出具體的判別方法。除此之外極少有具體的文獻研究對于艦船ISAR成像的交叉像判別問題。因此，有必要提出一種能夠在艦船目標識別中排除交叉像的干擾，從而進行有效目標識別的基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法。
技術實現思路
本專利技術的目的在于提供一種解決預先判斷ISAR艦船成像中的是否存在交叉像難題的有效方法，能夠利用艦船目標在若干相鄰序列圖像中的形態信息變化準確地預測出交叉像的出現。本專利技術的技術方案如下：一種基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法，包括如下步驟：一、將雷達回波數據按時間順序劃分為N段，每個數據段對應的ISAR序列圖像均存在出現ISAR交叉像的可能性，每個數據段再劃分為兩個子數據段并進行ISAR成像處理獲得兩幅子孔徑圖像，其中N為正整數；二、對N段數據依次估計出每一幅ISAR序列圖像中艦船目標像的轉角θi，i＝1,2,…,N；三、對獲得的N個所述序列圖像中艦船目標像轉角θi，依次使用極端值判決準則判斷是否出現了交叉像。優選地，在步驟一中，從待處理的ISAR原始回波中，按時間順序截取出足夠產生N幅所述序列圖像所需的回波數據，即N段回波數據對應于N幅ISAR序列圖像，再將每個數據段平均分成兩個子數據段，且分別進行ISAR成像，每個子數據段生成一幅子孔徑圖像，N段回波數據共獲得2N幅子孔徑圖像。優選地，在步驟二中，具體包括如下步驟：a、對第i個所述數據段對應的兩幅子孔徑圖像進行補零和歸一化處理，其中1≤i≤N，且i為正整數；b、對所述兩幅子孔徑圖像進行二維快速傅里葉變換；c、對二維快速傅里葉變換后的所述兩幅子孔徑圖像進行極坐標格式插值；d、對兩幅極坐標插值后的所述子孔徑頻域圖像沿角度維進行平方和累加，分別得到兩條隨極坐標角度變化的頻域圖像能量分布曲線，記為頻域圖像能量極坐標分布曲線；e、由兩條所述的頻域圖像能量極坐標分布曲線求出對應于第i個所述數據段中的艦船目標像轉角θi；f、判斷i是否大于N，若是，則執行步驟三，若否，則返回步驟a，對下一段，即第i＝i+1個所述數據段的兩幅子孔徑圖像進行補零和歸一化處理。優選地，在步驟e中，根據步驟d中求得的兩條頻域圖像能量極坐標分布曲線，分別求出能量最大值點對應的極坐標值，兩個極坐標角度之差的絕對值即為目標像轉角θi的估計值。優選地，在步驟三中，對得到的N個所述艦船目標像轉角θi，依次使用極端值判決準則進行判決，若第i個所述數據段的轉角θi超出合理范圍，則判斷第i個所述數據段中對應的艦船目標ISAR圖像為交叉像，否則判斷為正常成像，其中i＝1,2,…,N。本專利技術的有益效果在于：所述基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法提出了一種解決預先判斷ISAR艦船成像中的是否存在交叉像難題的有效途徑，能夠利用艦船目標在若干相鄰序列圖像中的形態信息變化準確地預測出交叉像的出現，有利于提高ISAR回波數據處理效率、以及后續的目標檢測和識別。而且，所述基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法不僅適用于ISAR艦船成像，還適用于各種非合作目標ISAR成像中的交叉像判別。附圖說明圖1是交叉像的示意圖；圖2是極坐標映射關系示意圖；圖3是本專利技術實施例提供的基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法的步驟框圖；圖4是圖3所示基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法的信號處理流程圖；圖5是圖3所示基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法一個具體應用實施例中艦船目標出現交叉像的實測數據結果圖；圖6是圖3所示基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法一個具體應用實施例中艦船目標成像正常的實測數據結果圖；圖7a和圖7b分別是對應于圖5的前512個回波脈沖子孔徑圖像和后512個回波脈沖子孔徑圖像；圖8a和圖8b分別是對應于圖6的前512個回波脈沖子孔徑圖像和后512個回波脈沖子孔徑圖像；圖9a和圖9b分別是對圖7a和圖7b做2D-FFT后的圖像；圖10a和圖10b分別是對圖8a和圖8b做2D-FFT后的圖像；圖11a和圖11b是對應于圖9a和圖9b的極坐標格式轉換后圖像(極坐標角度從-90度到90度)；圖12a和圖12b是對應于圖10a和圖10b的極坐標格式轉換后圖像(極坐標角度從-90度到90度)；圖13是分別對應于圖11a和圖11b的頻域圖像能量極坐標分布曲線；圖14是分別對應于圖12a和圖12b的頻域圖像能量極坐標分布曲線。具體實施方式為了使本專利技術的目的、技術方案及優點更加清楚明白本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法，其特征在于：包括如下步驟；一、將雷達回波數據按時間順序劃分為N段，每個數據段對應的ISAR序列圖像均存在出現ISAR交叉像的可能性，每個數據段再劃分為兩個子數據段并進行ISAR成像處理獲得兩幅子孔徑圖像，其中N為正整數；二、對所述N段數據段，依次估計出每一幅ISAR序列圖像中艦船目標像的轉角θ

【技術特征摘要】
1.一種基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法，其特征在于：包括如下步驟；一、將雷達回波數據按時間順序劃分為N段，每個數據段對應的ISAR序列圖像均存在出現ISAR交叉像的可能性，每個數據段再劃分為兩個子數據段并進行ISAR成像處理獲得兩幅子孔徑圖像，其中N為正整數；二、對所述N段數據段，依次估計出每一幅ISAR序列圖像中艦船目標像的轉角θi，i＝1,2,…,N；三、對所述的N個艦船目標像轉角θi，依次使用極端值判決準則判斷是否出現了交叉像。2.根據權利要求1所述的基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法，其特征在于：在步驟一中，從待處理的ISAR原始回波中，按時間順序截取出足夠產生N幅所述序列圖像所需的回波數據，即N段回波數據對應于N幅ISAR序列圖像，再將每個數據段平均分成兩個子數據段，且分別進行ISAR成像，每個子數據段生一幅子孔徑圖像，N段回波數據共獲得2N幅子孔徑圖像。3.根據權利要求1所述的基于序列圖像的艦船目標ISAR交叉像判別方法，其特征在于：在步驟二中，具體包括如下步驟：a、對第i個所述數據段對應的兩幅子孔徑圖像進行補零和歸一化處理，其中1≤i≤N，且i為正整數；b、對所述兩幅子孔徑圖像進...

【專利技術屬性】
技術研發人員：李勇，黃翔飛，吳迪，楊娜，江燁，
申請(專利權)人：南京航空航天大學，
類型：發明
國別省市：江蘇,32