本發(fā)明專利技術(shù)公開(kāi)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(méi)有選擇到合適的距離單元以至于調(diào)頻率估計(jì)誤差較大的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：讀取雷達(dá)脈沖回波；對(duì)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)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(xiàng)式傅里葉變換對(duì)選擇的距離單元進(jìn)行調(diào)頻率估計(jì)；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(jì)值，由角速度完成對(duì)ISAR圖像的橫向定標(biāo)。本發(fā)明專利技術(shù)提高了調(diào)頻率估計(jì)的準(zhǔn)確性，可用于對(duì)ISAR圖像的橫向定標(biāo)。
【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于雷達(dá)
，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(shí)別，對(duì)于其中的特征提取具有重要的支撐作用。
技術(shù)介紹
ISAR橫向定標(biāo)是基于ISAR成像的目標(biāo)識(shí)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(shí)間內(nèi)目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)視線轉(zhuǎn)過(guò)的總轉(zhuǎn)角，所有的橫向定標(biāo)的算法也是圍繞這一點(diǎn)展開(kāi)。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(duì)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(píng)價(jià)函數(shù)來(lái)優(yōu)化未知的轉(zhuǎn)角參數(shù)，當(dāng)圖像評(píng)價(jià)函數(shù)獲得極值，即圖像最聚焦時(shí)，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(jì)算量非常大；基于對(duì)稱目標(biāo)的橫向定標(biāo)算法是基于對(duì)稱目標(biāo)的對(duì)稱軸垂直于對(duì)稱點(diǎn)直線，利用主軸直線與對(duì)稱點(diǎn)直線斜率之間的關(guān)系得到目標(biāo)的轉(zhuǎn)角估計(jì)，但是該方法只能針對(duì)對(duì)稱目標(biāo)，而且主軸直線與對(duì)稱點(diǎn)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(guò)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(guò)兩幅圖像的相關(guān)系數(shù)來(lái)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(shí)得到對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)角，即可實(shí)現(xiàn)對(duì)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(duì)圖像旋轉(zhuǎn)中心問(wèn)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(shí)現(xiàn)橫向定標(biāo)，但該算法同樣對(duì)ISAR圖像質(zhì)量要求較高，而且計(jì)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(diǎn)跟蹤法，最大似然參數(shù)估計(jì)法，以及基于LPFT的調(diào)頻率估計(jì)。其中軌跡擬合法主要是利用雷達(dá)對(duì)目標(biāo)跟蹤的窄帶數(shù)據(jù)，得到目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡，然后得到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)相對(duì)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(yùn)動(dòng)，導(dǎo)致這種方法的估計(jì)精度非常低；特顯點(diǎn)跟蹤法是分別跟蹤目標(biāo)上3個(gè)不同的孤立散射點(diǎn)，但實(shí)際情況下很難找到高質(zhì)量的孤立點(diǎn)；最大似然參數(shù)估計(jì)法是通過(guò)最大似然函數(shù)來(lái)估計(jì)回波信號(hào)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(jì)，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(diǎn)之間的相互影響，導(dǎo)致實(shí)際情況下很難準(zhǔn)確估計(jì)回波信號(hào)中的三次相位系數(shù)，而且該方法涉及多維搜索，計(jì)算量也較大；基于LPFT的調(diào)頻率估計(jì)則是利用LPFT變換搜索回波信號(hào)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(shí)間內(nèi)的總轉(zhuǎn)角，但該算法對(duì)距離單元的選擇較為敏感。基于LPFT的調(diào)頻率估計(jì)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(jì)不準(zhǔn)，則通過(guò)最小二乘擬合難以得到正確的斜率，角速度的估計(jì)也隨之錯(cuò)誤，從而造成橫向距離定標(biāo)的結(jié)果誤差較大。在實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)中，由于噪聲、目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)、相鄰特顯點(diǎn)的相互作用等各種因素的存在，對(duì)調(diào)頻率估計(jì)的結(jié)果影響很大，事實(shí)上通過(guò)很多距離單元估計(jì)的調(diào)頻率是錯(cuò)誤的。如何選擇合適的距離單元進(jìn)行調(diào)頻率估計(jì)是此算法在實(shí)際應(yīng)用中最為關(guān)鍵的問(wèn)題。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
本專利技術(shù)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(jì)的準(zhǔn)確性。本專利技術(shù)的技術(shù)方案是以基于調(diào)頻率估計(jì)的ISAR橫向距離定標(biāo)方法為基礎(chǔ)，設(shè)計(jì)多種準(zhǔn)則選擇距離單元和對(duì)估計(jì)的調(diào)頻率進(jìn)行二次篩選，其實(shí)現(xiàn)步驟包括如下(I)獲取雷達(dá)脈沖回波信號(hào)為Sk(m，η)，并對(duì)該雷達(dá)脈沖回波信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，得到運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的雷達(dá)脈沖回波信號(hào)，表示為S' K(m，n)，其中，m為快時(shí)間離散采樣，m=l， 2,···, M, M為距離單元數(shù)，η為慢時(shí)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(hào)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(hào)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(hào)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(duì)目標(biāo)回波信號(hào)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(jì)算ISAR圖像I (I, n')每個(gè)距離單元的對(duì)比度c(l) J 膨前{]2}|_。。1 Zj Cl /) — ............................................................I..................................I....... ......................... meow其中，卜I表示求模運(yùn)算；(3b)將對(duì)比度C(I)進(jìn)行降序排序，根據(jù)設(shè)定的對(duì)比度閾值μ I選擇出C(I)的前L個(gè)值，從目標(biāo)回波信號(hào)S' Ε(1, η)中提取這L個(gè)距離單元，作為初選距離單元，記為S' (Γ，η)，其中，Γ是初選出來(lái)的L個(gè)距離單元，Γ =1,2,…，L;(3c)計(jì)算初選距離單元V (Γ，η)的每個(gè)距離單元的對(duì)比度c (Γ )；(3d)分別計(jì)算初選距離單元S' (Γ，η)每個(gè)距離單元的包絡(luò)歸一化方差ν(Γ )，相位匹配二項(xiàng)式誤差P (Γ )以及每個(gè)距離單元的平均幅度a(l')「 I /,·、cov( 5'(/", ))v(i) = --—-———-r cov(,V (I ,n)) + "/,(/') = Y)ian^e^'- ^SE(angle(S'(I\n)))\nΣ亂噸 α( ) = ^_ N其中，cov ( ·)表示求方差運(yùn)算，mean( ·)表示求平均值運(yùn)算，angle ( ·)表示求相位運(yùn)算，LSE( ·)表示最小二乘擬合直線，Σ (O表示求和運(yùn)算；(3e)分別對(duì)包絡(luò)歸一化方差ν(Γ )進(jìn)行升序排序，對(duì)相位匹配二項(xiàng)式誤差Ρ(Γ )進(jìn)行升序排序，對(duì)每個(gè)距離單元的平均幅度a(l')進(jìn)行降序排序，對(duì)每個(gè)距離單元的對(duì)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(duì)S' (Γ，η)中每個(gè)距離單元進(jìn)行“投票”，由此提取出S' (Γ，n)中前L'個(gè)距離單元，作為“投票”選擇出的距離單元，記為S' (I"，n)，其中，I"是新選擇出來(lái)的L'個(gè)距離單元，I" =1,2，…，V，V〈L。(4)對(duì)“投票”選擇出的距離單元S' (I"，η)的每個(gè)距離單元進(jìn)行局部多項(xiàng)式傅里葉變換lpft，得到調(diào)頻率chirp (I")和每個(gè)調(diào)頻率對(duì)應(yīng)的歸一化面積area (I")(4a)設(shè)定參數(shù)a =-1, -O. 999, -O. 998,…，I, 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(diǎn)數(shù)；(4b)對(duì)“投票”選擇出的距離單元S' (I"，n)中第I"個(gè)距離單元進(jìn)行局部多項(xiàng)式傅里葉變換lpftd"，f，a)，并計(jì)算第I"個(gè)距離單元的圖像對(duì)比度ica"，a)，并令I(lǐng)" =1，權(quán)利要求1.一種ISA本文檔來(lái)自技高網(wǎng)...
【技術(shù)保護(hù)點(diǎn)】
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(hào)為SR(m，n)，并對(duì)該雷達(dá)脈沖回波信號(hào)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，得到運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后的雷達(dá)脈沖回波信號(hào)，表示為S′R(m，n)，其中，m為快時(shí)間離散采樣，m=1，2，…，M，M為距離單元數(shù)，n為慢時(shí)間離散采樣，n=1，2，…，N，N為脈沖數(shù)；(2)根據(jù)雷達(dá)脈沖回波信號(hào)S′R(m，n)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(hào)S′R(l，n)，其中，l＝i，i+1，…，j，l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(hào)S′R(m，n)中選擇所需的距離單元。(3a)利用距離?多普勒算法對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)S′R(l，n)成像，得到ISAR圖像I(l，n′)，其中n′表示頻率，n′=1，2，…，N，分別計(jì)算ISAR圖像I(l，n′)每個(gè)距離單元的對(duì)比度c(l)：c(l)=mean{[|I(l,n′)|-mean[|I(l,n′)|]]2}mean[I(l,n′)],其中，|·|表示求模運(yùn)算；(3b)將對(duì)比度c(l)進(jìn)行降序排序，根據(jù)設(shè)定的對(duì)比度閾值μ1選擇出c(l)的前L個(gè)值，從目標(biāo)回波信號(hào)S′R(l，n)中提取這L個(gè)距離單元，作為初選距離單元，記為S′(l′，n)，其中，l′是初選出來(lái)的L個(gè)距離單元，l′=1，2，…，L；(3c)計(jì)算初選距離單元S′(l′，n)的每個(gè)距離單元的對(duì)比度c(l′)；(3d)分別計(jì)算初選距離單元S′(l′，n)每個(gè)距離單元的包絡(luò)歸一化方差v(l′)，相位匹配二項(xiàng)式誤差p(l′)以及每個(gè)距離單元的平均幅度a(l′)：v(l′)=cov(S′(l′,n))cov(S′(l′,n))+[mean(S′(l′,n))]2p(l′)=Σn|angle(S′(l′,n))-LSE(angle(S′(l′,n)))|a(l′)=Σn(S′(l′,n))N,其中，cov(·)表示求方差運(yùn)算，mean(·)表示求平均值運(yùn)算，angle(·)表示求相位運(yùn)算，LSE(·)表示最小二乘擬合直線，∑(·)表示求和運(yùn)算；(3e)分別對(duì)包絡(luò)歸一化方差v(l′)進(jìn)行升序排序，對(duì)相位匹配二項(xiàng)式誤差p(l′)進(jìn)行升序排序，對(duì)每個(gè)距離單元的平均幅度a(l′)進(jìn)行降序排序，對(duì)每個(gè)距離單元的對(duì)比度c(l′)進(jìn)行降序排序，依據(jù)排序后的v(l′)，p(l′)，a(l′)和c(l′)分別對(duì)初選距離單元S′(l′，n)中每個(gè)距離單元進(jìn)行“投票”，由此提取出初選距離單元S′(l′，n)中前L′個(gè)距離單元，作為“投票”選擇出的距離單元，記為S′(l″，n)，其中，l″是新選擇出來(lái)的L′個(gè)距離單元，l″=1，2，…，L′，L′IC(l′′,α)=mean{[lpft(l′′,f,α)-mean[lpft(l′′,f,α)]]2}mean[lpft(l′′,f,α)],其中，lpft(l″，f，α)為局部多項(xiàng)式傅里葉變換，計(jì)算公式為該式可采用快速傅里葉變換實(shí)現(xiàn)，f表示頻率，Tr表示脈沖重復(fù)周期，mean[lpft(l″，f，α)]表示在頻率維f上的求平均值運(yùn)算；(4c)根據(jù)圖像對(duì)比度IC(l″，α)計(jì)算調(diào)頻率chirp(l″)和每個(gè)調(diào)頻率對(duì)應(yīng)的歸一化面積area(l″)，chirp(l′′)=argmaxα[IC(l′′,α)]area(l′′)=Σα(IC(l′′,α)),其中，表示對(duì)表達(dá)式求最大時(shí)對(duì)應(yīng)的α；(4d)更新l″=l″+1，轉(zhuǎn)到步驟(4b)，直至l″=N。(5)對(duì)歸一化面積area(l″)進(jìn)行升序排序，根據(jù)設(shè)定的歸一化面積閾值μ2選擇出area(l″)的前K個(gè)值，從調(diào)頻率chirp(l″)中得到這K個(gè)值所對(duì)應(yīng)的調(diào)頻率chirp(k)，從“投票”選擇出的距離單元S′(l″，n)中得到其對(duì)應(yīng)的K個(gè)距離單元，從雷達(dá)回波信號(hào)S′R(m，n)中得到這K個(gè)距離單元對(duì)應(yīng)的...
【技術(shù)特征摘要】
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：糾博，劉宏偉，王競(jìng)爭(zhēng)，王英華，杜蘭，王鵬輝，
申請(qǐng)(專利權(quán))人：西安電子科技大學(xué)，
類型：發(fā)明
國(guó)別省市：
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