專利名稱：一種逆合成孔徑雷達(dá)成像時(shí)間選擇新方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明設(shè)計(jì)是逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)成像信號處理領(lǐng)域中的一種成像時(shí)間選擇新方法，適用于ISAR系統(tǒng)對空中或海面目標(biāo)的成像信號處理系統(tǒng)。

背景技術(shù)：
近十年來，在ISAR技術(shù)有了很大的進(jìn)展。在算法方面，目前比較有效的ISAR成像算法主要包括FFT距離多普勒方法，極坐標(biāo)格式處理法，瞬時(shí)時(shí)頻成像方法等；在工程實(shí)踐上，已在合作的太空軌道目標(biāo)成像等方面得到了很好的應(yīng)用。
但是，對于機(jī)動飛行的飛機(jī)或海面航行的船只來說，由于目標(biāo)運(yùn)動的非合作性，ISAR技術(shù)的應(yīng)用還面臨著許多困難，需要進(jìn)一步改進(jìn)和發(fā)展。具體情況是，對于平穩(wěn)飛行的飛機(jī)目標(biāo)的ISAR成像相對容易一些，在轉(zhuǎn)角足夠的情況下直接進(jìn)行距離多普勒成像；而對于機(jī)動目標(biāo)(非合作)，其運(yùn)動的非線性(如海面艦船目標(biāo)的顛簸、俯仰、橫滾等)，成像處理困難。
目前解決該問題的思路是首先根據(jù)最優(yōu)成像時(shí)間選擇方法，從觀測的回波數(shù)據(jù)中選取最優(yōu)的成像時(shí)間段，然后選取有效的ISAR成像算法對該數(shù)據(jù)段進(jìn)行成像。在最優(yōu)成像時(shí)間選擇方法方面，研究比較滯后，目前國內(nèi)外能檢索到的僅有以下幾種方法基于圖像質(zhì)量、基于目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)估計(jì)和基于圖像多普勒展寬的最優(yōu)成像時(shí)間選擇方法，這些方法目前都沒有在實(shí)際工程中得到應(yīng)用。其中，基于目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)估計(jì)和基于圖像多普勒展寬的最優(yōu)成像時(shí)間選擇方法，算法復(fù)雜，運(yùn)算量大，且在實(shí)測數(shù)據(jù)處理中效果不好，工程實(shí)現(xiàn)難度大；基于圖像質(zhì)量的最優(yōu)成像時(shí)間選擇方法，算法簡單，但運(yùn)算量大。
本發(fā)明的目的正是針對上述背景技術(shù)中的不足之處提出的。本發(fā)明直接在經(jīng)過運(yùn)動補(bǔ)償?shù)木嚯x回波域內(nèi)，依據(jù)目標(biāo)多個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)回波的綜合相位歷史實(shí)現(xiàn)ISAR成像時(shí)間的自動選擇處理。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是，算法簡單，運(yùn)算量小，且在實(shí)際數(shù)據(jù)處理中效果好，易于實(shí)現(xiàn)和推廣等特點(diǎn)。


發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的，本發(fā)明的方法包括以下技術(shù)措施 (1)對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮和運(yùn)動補(bǔ)償(包絡(luò)對齊和初相校正)處理； (2)基于歸一化幅度方差準(zhǔn)則選取穩(wěn)定的參考距離單元，并確定加權(quán)系數(shù)； (3)對各參考距離單元的回波信號進(jìn)行相位歷史估計(jì)； (4)根據(jù)加權(quán)系數(shù)對各參考距離單元回波信號的相位歷史進(jìn)行加權(quán)處理，得到加權(quán)相位歷史； (5)根據(jù)加權(quán)相位歷史曲線進(jìn)行ISAR成像時(shí)間選擇，選取最優(yōu)成像數(shù)據(jù)段。
本發(fā)明的目的還可以通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn) (1)利用單個(gè)參考距離單元的回波信號多普勒相位歷史曲線進(jìn)行最優(yōu)ISAR成像時(shí)間選擇。
(2)對各參考距離單元的回波信號，進(jìn)行多普勒頻率提取和加權(quán)處理，并根據(jù)加權(quán)多普勒頻率曲線進(jìn)行最優(yōu)ISAR成像時(shí)間選擇。
(3)利用單個(gè)參考距離單元的回波信號多普勒頻率曲線進(jìn)行最優(yōu)ISAR成像時(shí)間選擇。
本發(fā)明相比背景技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn) (1)本發(fā)明直接在經(jīng)過距離壓縮和運(yùn)動補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)ISAR成像時(shí)間選擇處理，算法簡單，運(yùn)算量小。
(2)本發(fā)明方法實(shí)現(xiàn)復(fù)雜度低，工程實(shí)現(xiàn)簡單，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。
(3)本發(fā)明方法對實(shí)測數(shù)據(jù)處理效果好，具有推廣應(yīng)用價(jià)值。



附圖是本發(fā)明的實(shí)施例的結(jié)構(gòu)方框圖。
參照附圖，本發(fā)明的實(shí)施例由距離壓縮1，運(yùn)動補(bǔ)償2，參考距離單元選擇3，相位歷史估計(jì)和加權(quán)處理4，ISAR最優(yōu)成像時(shí)間選擇5和成像處理6組成。其中實(shí)施例中子距離壓縮處理1用于完成對接收到的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離向壓縮處理；運(yùn)動補(bǔ)償2用來對距離壓縮后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償(包括包絡(luò)對齊和初相校正)；參考距離單元選擇3用來進(jìn)行參考距離單元的選擇，其選定的Q個(gè)參考距離單元依次為3-1至3-Q，并確定相應(yīng)各參考距離單元的加權(quán)系數(shù)；相位歷史估計(jì)和加權(quán)處理4用來完成對各參考距離單元回波信號的相位歷史估計(jì)和相位加權(quán)處理；ISAR最優(yōu)成像時(shí)間選擇5用來完成最優(yōu)ISAR成像時(shí)間段的選擇；成像處理6用來對選擇的最優(yōu)數(shù)據(jù)段進(jìn)行成像處理。

具體實(shí)施例方式 實(shí)施本發(fā)明的原理如下首先對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮和運(yùn)動補(bǔ)償處理，基于歸一化幅度方差準(zhǔn)則選取穩(wěn)定的距離單元，并確定加權(quán)系數(shù)；然后，對選取的各個(gè)距離單元的回波信號進(jìn)行相位歷史估計(jì)，并進(jìn)行加權(quán)處理，得到加權(quán)相位歷史；最后，根據(jù)加權(quán)相位曲線進(jìn)行最優(yōu)ISAR成像時(shí)間選擇。
設(shè)回波數(shù)據(jù)矩陣大小為M×N，M是脈沖個(gè)數(shù)，N為距離采樣單元數(shù)。對其進(jìn)行距離壓縮和運(yùn)動補(bǔ)償處理后，由于徑向運(yùn)動所引起的包絡(luò)移動和相位誤差已經(jīng)被補(bǔ)償?shù)?，因此，可以將基于歸一化幅度方差準(zhǔn)則確定的距離單元幅度起伏變化最小的距離單元作為選取的參考距離單元。在歸一化幅度方差準(zhǔn)則中，歸一化幅度方差定義為 式中n表示各個(gè)距離單元，符號上的一橫表示對該距離單元內(nèi)的各個(gè)元素取平均值，un是第n個(gè)距離單元回波序列幅度的均值，un2是其均方值。
對歸一化幅度方差準(zhǔn)則，根據(jù)歸一化幅度方差σn2小于0.12的標(biāo)準(zhǔn)選擇Q個(gè)穩(wěn)定的距離單元，在實(shí)際處理中，0.12的標(biāo)準(zhǔn)可以根據(jù)實(shí)際數(shù)據(jù)稍微調(diào)整。然后利用歸一化幅度起伏方差確定選取的各距離單元的加權(quán)系數(shù)wq，其計(jì)算方法為 其中q表示各個(gè)參考距離單元。
在對各個(gè)參考距離單元進(jìn)行相位譜估計(jì)時(shí)，由于相位是以2π為周期變化的，所以必須對其相位進(jìn)行解纏處理。設(shè)

為某個(gè)像素單元的纏繞相位，Φq(m)為該像素單元的解纏繞相位，m＝1，2，3，…，M。則路徑積分解纏繞算法為

其中
利用式(4)，按照其相鄰關(guān)系，一步一步地外推，可以解決相位解纏繞問題，得到各個(gè)參考距離單元對應(yīng)的相位譜Φq(m)。由于一維積分的路徑是唯一的，所以其解也是唯一的。
進(jìn)而對各個(gè)參考距離單元的相位譜Φq(m)，按照加權(quán)系數(shù)、進(jìn)行加權(quán)處理，得到加權(quán)后的相位譜

為
下面結(jié)合實(shí)例說明一下整個(gè)發(fā)明的詳細(xì)步驟 (1)對雷達(dá)接收的大小為M×N的回波數(shù)據(jù)矩陣由圖1中的單元1進(jìn)行距離壓縮處理，距離壓縮的系統(tǒng)參數(shù)由加裝ISAR成像單元的雷達(dá)系統(tǒng)決定； (2)對距離壓縮后的回波數(shù)據(jù)由圖1中的單元2進(jìn)行運(yùn)動補(bǔ)償處理，其中，首先進(jìn)行包絡(luò)對齊處理，然后進(jìn)行初相校正處理； (3)對運(yùn)動補(bǔ)償處理后的數(shù)據(jù)矩陣，由圖1中的單元3依次計(jì)算各個(gè)距離單元回波信號的歸一化幅度方差σn2，根據(jù)歸一化幅度方差σn2小于0.12的標(biāo)準(zhǔn)，選擇Q個(gè)穩(wěn)定的距離單元作為參考距離單元；同時(shí)，根據(jù)各參考距離單元回波信號的歸一化幅度方差σn2(q＝1，2，3，…，Q)，計(jì)算對應(yīng)各參考距離單元q的加權(quán)系數(shù)wq； (4)對各參考距離單元回波信號，由圖1中的單元4進(jìn)行沿方位向進(jìn)行相位解纏繞處理，進(jìn)而得到各個(gè)參考距離單元回波信號的相位歷史Φq(m)；并根據(jù)加權(quán)系數(shù)wq和各參考距離單元回波信號的解纏繞相位Φq(m)進(jìn)行加權(quán)處理，得到加權(quán)相位歷史
(5)根據(jù)獲取的加權(quán)相位

曲線，由圖1中的單元5完成最優(yōu)SAR成像時(shí)間選擇。
對單元5選定的回波數(shù)據(jù)段，送往成像處理單元6，經(jīng)過成像處理后可以直接顯示目標(biāo)成像結(jié)果。
權(quán)利要求
1 一種逆合成孔徑雷達(dá)成像時(shí)間選擇新方法，其特征在于包括以下主要技術(shù)措施
(1)基于歸一化幅度方差準(zhǔn)則選取參考距離單元，確定加權(quán)系數(shù)，并對各個(gè)參考距離單元的回波信號相位歷史進(jìn)行估計(jì)；
(2)根據(jù)加權(quán)系數(shù)和各參考距離單元回波信號的相位歷史進(jìn)行加權(quán)處理；得到加權(quán)相位歷史，并根據(jù)加權(quán)相位歷史曲線進(jìn)行ISAR成像時(shí)間選擇。
其特征在于還可以通過以下技術(shù)措施實(shí)現(xiàn)
(1)對選取的各個(gè)距離單元回波信號，進(jìn)行多普勒頻率提取和加權(quán)處理，并根據(jù)加權(quán)多普勒頻率曲線進(jìn)行ISAR成像時(shí)間選擇。
(2)利用單個(gè)參考距離單元的多普勒相位歷史曲線進(jìn)行ISAR成像時(shí)間選擇。
(3)利用單個(gè)參考距離單元的多普勒相位頻率曲線進(jìn)行ISAR成像時(shí)間選擇。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種逆合成孔徑雷達(dá)成像時(shí)間選擇新方法，該方法包括以下主要步驟(1)對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行距離壓縮和運(yùn)動補(bǔ)償(包絡(luò)對齊和初相校正)處理，并基于歸一化幅度方差準(zhǔn)則選取穩(wěn)定的參考距離單元，確定相應(yīng)的加權(quán)系數(shù)；(2)對各參考距離單元的回波信號進(jìn)行相位歷史估計(jì)，并根據(jù)加權(quán)系數(shù)對各參考距離單元的回波信號相位歷史進(jìn)行加權(quán)處理，得到加權(quán)相位；(3)根據(jù)加權(quán)相位曲線進(jìn)行ISAR成像時(shí)間選擇，選取最優(yōu)的成像數(shù)據(jù)段。本發(fā)明直接在經(jīng)過距離壓縮和運(yùn)動補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)進(jìn)行最優(yōu)ISAR成像時(shí)間選擇處理，算法簡單，運(yùn)算量小，工程實(shí)現(xiàn)簡單，可實(shí)現(xiàn)性強(qiáng)。
文檔編號G01S13/89GK101285884SQ20071005183
公開日2008年10月15日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月11日
發(fā)明者湯子躍, 謝志成, 濤 肖, 朱振波, 張亞標(biāo) 申請人:湯子躍, 謝志成, 濤 肖