專利名稱：一種斜視sar的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是指一種斜視合成孔徑雷達(dá)(簡稱SAR)的點(diǎn)目 標(biāo)分辨率評估方法。
背景技術(shù)：
合成孔徑雷達(dá)圖像的指標(biāo)評估是定量評價SAR系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計是否合理的重要依據(jù)，特別 是點(diǎn)目標(biāo)分辨率的評估。由于SAR圖像是二維圖像，包含距離向和方位向，對于點(diǎn)目標(biāo)而言， 同樣也包含距離向和方位向的分辨率指標(biāo)。點(diǎn)目標(biāo)的距離向和方位向的分辨率評估分兩大步 其一提取點(diǎn)目標(biāo)的距離向和方位向的剖面數(shù)據(jù)；其二分別對距離向和方位向剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行插 值計算，確定各自的半功率寬度分別作為距離向分辨率和方位向分辨率。通常對于正側(cè)視以 及角度很小的斜視(斜視角小于3度)，在二維SAR圖像上，距離向和方位向可以認(rèn)為是垂 直的，并且如果成像結(jié)果數(shù)據(jù)二維矩陣每一行代表相同的距離門數(shù)據(jù)，每一列代表一個脈沖 數(shù)據(jù)的方式排列(如圖2所示)，則列方向為距離向，行方向為方位向。
但是對于一般的斜視SAR而言，斜視成像會造成距離向和方位向不垂直，在圖2所示的 數(shù)據(jù)排列方式中，距離向發(fā)生傾斜(如圖3 (b)所示)，傾斜角度與斜視角參數(shù)有關(guān)。此時 如果仍然使用按照列方向選擇數(shù)據(jù)作為距離剖面數(shù)據(jù)將產(chǎn)生較大誤差，從而對點(diǎn)目標(biāo)評估結(jié) 果帶來不利影響。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為了解決經(jīng)典SAR點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估時由于簡單的選擇列方向和行方向分別作為 剖面數(shù)據(jù)產(chǎn)生較大誤差的問題，根據(jù)斜視時距離向剖面和方位向剖面不垂直的特點(diǎn)，利用交 互式操作確定距離向和方位向剖面傾斜角，按照傾斜角依次提取距離向和方位向剖面數(shù)據(jù)， 在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步計算點(diǎn)目標(biāo)距離向和方位向分辨率指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)一種能適應(yīng)大斜視SAR的點(diǎn) 目標(biāo)分辨率的評估方法。
本發(fā)明的斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
(1) 二維插值將含有待評估點(diǎn)目標(biāo)的二維復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)求功率峰值位置，并以峰值位置為 中心，取局部區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅里葉插值得到二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，并確定插值后圖像 的功率最大值坐標(biāo)。
(2) 剖面數(shù)據(jù)提取繪制二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的功率值等髙線投影圖，通過交互方式 確定距離向和方位向剖面的傾斜角度，并沿著傾斜角度方向在二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)矩陣中 分別提取距離向剖面數(shù)據(jù)和方位向剖面數(shù)據(jù)。
(3) 分辨率指標(biāo)計算分別對距離向和方位向剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行一維傅里葉插值得到一維插 值復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，分別求一維插值復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的最大值位置和兩側(cè)半功率位置，并按照對應(yīng)公式距 離向和方位向分辨率。
上述距離向剖面的傾斜角度范圍為[45。， 135°1，方位向剖面的傾斜角度范圍為[-45°，4501。
本發(fā)明提供的大斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率的評估方法的優(yōu)點(diǎn)(1)本發(fā)明提供的方法可 以在距離向和方位向剖面不垂直的條件下仍然能得到較準(zhǔn)確的剖面曲線；(2)本發(fā)明提供的 方法在獲得更準(zhǔn)確的剖面曲線后并按照相關(guān)公式計算得到的分辨率更準(zhǔn)確，更能反映SAR點(diǎn) 目標(biāo)的實(shí)際分辨率指標(biāo)。


圖1為本發(fā)明的斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法的步驟流程圖2為本發(fā)明方法采用的數(shù)據(jù)存儲順序示意圖3 (a)為正側(cè)視時典型點(diǎn)目標(biāo)二維剖面的示意圖3 (b)為大斜視時典型點(diǎn)目標(biāo)二維剖面的示意圖4為距離向和方位向剖面數(shù)據(jù)提取方法示意圖5為剖面數(shù)據(jù)歸一化對數(shù)半功率寬度示意圖6為實(shí)施案例復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2的功率數(shù)據(jù)等高線圖7為實(shí)施案例距離向剖面和方位向剖面選擇示意圖。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法進(jìn)行詳細(xì)說明。 本發(fā)明提供的斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法是通過以下步驟來實(shí)現(xiàn)的，如圖1 所示
步驟一、二維插值將含有待評估點(diǎn)目標(biāo)的二維復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)求功率峰值位置，并以峰值位 置為中心，取局部區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅里葉插值得到二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，并確定插值后 圖像的功率最大值坐標(biāo)。
(a) 搜索含有待評估點(diǎn)目標(biāo)的二維復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)CO的功率最大值，記錄該位置對應(yīng)的空間
坐標(biāo)G。，y。)；
(b) 設(shè)點(diǎn)目標(biāo)分析窗口為iV涵xA^n，則將二維復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)CO中，以(D。)為中心，窗口 大小為l x TV*的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)矩陣賦值給大小為x iVw. 的復(fù)數(shù)矩陣C1 ，即
<formula>formula see original document page 5</formula> 為方使做快速傅里葉變換，通常A^,n取不小于16的2的整數(shù)次冪；
(c) 將復(fù)數(shù)矩陣CI做二維傅里葉插值處理，二維插值倍數(shù)設(shè)為M，得到維數(shù)為
^w"M x插值后復(fù)數(shù)矩陣C2;
(d) 搜索插值后二維復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2的功率最大值，記錄該位置對應(yīng)的空間坐標(biāo)d，人)。
步驟二、剖面數(shù)據(jù)提取繪制二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的功率值等高線投影圖，通過交互 方式選擇確定距離向和方位向的傾斜角度，并沿著傾斜角度方向在二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)矩 陣中分別提取距離向剖面數(shù)據(jù)和方位向剖面數(shù)據(jù)。
(a)將復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2的功率值數(shù)據(jù)繪制出等高線圖；(b)在等高線圖像過k,人)點(diǎn)和(",)點(diǎn)，使得二者連線L1穿過距離向旁瓣的峰值位 置，此時可計算得到距離向剖面曲線的傾角^，即
比=atan<formula>formula see original document page 6</formula>(2)
(c)在等高線圖像過(/p,人)點(diǎn)和(/。，厶)點(diǎn)，使得二者連線L2穿過方位向旁瓣的峰值位 置，此時可計算得到方位向剖面曲線的傾角"。，即
<formula>formula see original document page 6</formula>
(3)
(d) 沿著直線Ll，在復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2中逐行依次選擇距離直線Ll最近的點(diǎn)作為距離向剖 面數(shù)據(jù)Dr的當(dāng)前行取值，即
Dr[乂] = C2 [ raw"d (ip + (卜厶)/ tan ar), _/] (4)
其中ra訓(xùn)d(^ +(_/-^)/tan^)表示對^_/))/tanar四舍五入取整。
(e) 沿著直線L2，在復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2中逐列依次選擇距離直線L2最近的點(diǎn)作為方位向剖 面數(shù)據(jù)Da的當(dāng)前行取值，即
Da[_/] = C2 !',roMfjfif(力+(i-ip)-tanaa) (5)
其中ra""d(入tana。)表示對入+(f-g.tana。四舍五入取整。
步驟三、分辨率指標(biāo)計算分別對距離向和方位向剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行一維傅里葉插值得到一. 維插值復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，分別求一維插值復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的最大值位置和兩側(cè)半功率位置，并按照對應(yīng)公
式距離向和方位向分辨率。
(a) 對距離向剖面數(shù)據(jù)Dr進(jìn)行一維傅里葉插值處理， 一維插值倍數(shù)設(shè)為乂，得到維數(shù)
為W^i^iV,的插值后距離向剖面復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，對其求功率得到功率數(shù)據(jù)Sr;
(b) 對方位向剖面數(shù)據(jù)Da進(jìn)行一維傅里葉插值處理， 一維插值倍數(shù)設(shè)為iV。，得到維 數(shù)為^v,"W^"的插值后距離向剖面復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，對其求功率得到功率數(shù)據(jù)Sa;
(c) 逐點(diǎn)搜索功率數(shù)據(jù)Sr的功率最大值Pr，對應(yīng)的下標(biāo)記為Rp,從Rp向左搜索，記 錄第一次功率值小于0.5*Pr的點(diǎn)下標(biāo)為Rl，再Rp向右搜索，記錄第一次功率值小于0.5*Pr 的點(diǎn)下標(biāo)為Rr;
(d) 逐點(diǎn)搜索功率數(shù)據(jù)Sa的功率最大值Pa，對應(yīng)的下標(biāo)記為Ap，從Ap向左搜索， 記錄第一次功率值小于0.5*Pa的點(diǎn)下標(biāo)為Al，再Ap向右搜索，記錄第一次功率值小于 0.5*Pa的點(diǎn)下標(biāo)為Ar;
(e) 設(shè)距離向和方位向像素間隔分別為^和A。，根據(jù)公式(6)和(7)分別計算距離 向分辨率《和方位向分辨率&:
<formula>formula see original document page 6</formula>實(shí)施案例1:針對一個二維沖激響應(yīng)函數(shù)為F (i， j)的理想斜視點(diǎn)目標(biāo)進(jìn)行分辨率評估。
<formula>formula see original document page 7</formula> (9)
(c) 將復(fù)數(shù)矩陣Cl做二維傅里葉插值處理，二維插值倍數(shù)取iV,-32,得到維數(shù)為 U^U, 二1024xl024插值后復(fù)數(shù)矩陣C2;
(d) 搜索插值后二維復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2的功率最大值，記錄該位置對應(yīng)的空間坐標(biāo) (!") = (512,512)。
步驟二、剖面數(shù)據(jù)提取
(a) 將復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2的功率值數(shù)據(jù)繪制出等高線圖，如圖6所示；
(b) 取(U;h(752，994)，在等高線圖像過(Wp)-(512，512)點(diǎn)和((，人)-(752，994)點(diǎn)，
使得二者連線Ll穿過距離向旁瓣的峰值位置(如圖7所示)，根據(jù)公式(2)可計算得到距 離向剖面曲線的傾角A = 63.53°;
(c) 取(':，厶)-(888,512)，在等高線圖像過(/pJp)-(512,512)點(diǎn)和(/。,人)-(888，512)點(diǎn)，
使得二者連線L2穿過方位向旁瓣的峰值位置(如圖7所示)，根據(jù)公式(3)可計算得到方 位向剖面曲線的傾角"。=0;
(d) 沿著直線Ll ，在復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2中逐行依次選擇距離直線Ll最近的點(diǎn)作為距離向剖 面數(shù)據(jù)Dr的當(dāng)前行取值，艮卩
Dr[/] = C2[TOW"4512 —(_/ —512)/2.0083)，_/] _/e
-C2
(11)
步驟三、分辨率指標(biāo)計算 (a)對距離向剖面數(shù)據(jù)Dr進(jìn)行一維傅里葉插值處理， 一維插值倍數(shù)取乂=64，得到維
數(shù)為= 65536的插值后距離向剖面復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，對其求功率得到功率數(shù)據(jù)Sr;(b) 對方位向剖面數(shù)據(jù)Da進(jìn)行一維傅里葉插值處理， 一維插值倍數(shù)設(shè)為iV。-64，得 到維數(shù)為Wwi ^iVa = 65536的插值后距離向剖面復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，對其求功率得到功率數(shù)據(jù)Sa;
(c) 逐點(diǎn)搜索功率數(shù)據(jù)Sr的功率最大值Pr，對應(yīng)的下標(biāo)記為Rp-32768，從Rp向左 搜索，記錄第一次功率值小于0.5^Pr的點(diǎn)下標(biāo)為Rl-30208,再Rp向右搜索，記錄第一次 功率值小于0.5*Pr的點(diǎn)下標(biāo)為Rr=35328;
(d) 逐點(diǎn)搜索功率數(shù)據(jù)Sa的功率最大值Pa,對應(yīng)的下標(biāo)記為Ap-32768，從Ap向左 搜索，記錄第一次功率值小于0.5APa的點(diǎn)下標(biāo)為Al-29698，再Ap向右搜索，記錄第一次 功率值小于0.5*Pa的點(diǎn)下標(biāo)為Ar=35838;
(e) 本例中距離向和方位向像素間隔分別為A^1和乂 = 1，根據(jù)公式(6)和(7)分 別計算距離向分辨率《-2.7933m和方位向分辨率《-2.9990m。可以看出沿距離向各次旁
瓣峰值提取距離向剖面數(shù)據(jù)，測量獲得的距離向分辨率更能體現(xiàn)點(diǎn)目標(biāo)實(shí)際的距離向分辨特 性。
本發(fā)明主要針對斜視成像會造成距離向和方位向剖面不垂直的特點(diǎn)，利用交互式操作分 別確定距離向和方位向剖面傾斜角，按照傾斜角依次提取距離向和方位向剖面數(shù)據(jù)，在此基 礎(chǔ)上進(jìn)一步計算點(diǎn)目標(biāo)距離向和方位向分辨率指標(biāo)，實(shí)現(xiàn)一種能適應(yīng)大斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分 辨率的評估方法，并通過實(shí)例分析，進(jìn)一步詳細(xì)描述了本方法的實(shí)施過程。
權(quán)利要求
1、一種斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法，其特征在于包括以下步驟(1)二維插值將含有待評估點(diǎn)目標(biāo)的二維復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)求功率峰值位置，并以峰值位置為中心，取局部區(qū)域數(shù)據(jù)進(jìn)行二維傅里葉插值得到二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，并確定插值后圖像的功率最大值坐標(biāo)。(2)剖面數(shù)據(jù)提取繪制二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的功率值等高線投影圖，通過交互方式確定距離向和方位向剖面的傾斜角度，并沿著傾斜角度方向在二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)矩陣中分別提取距離向剖面數(shù)據(jù)和方位向剖面數(shù)據(jù)。(3)分辨率指標(biāo)計算分別對距離向和方位向剖面數(shù)據(jù)進(jìn)行一維傅里葉插值得到一維插值復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，分別求一維插值復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)的最大值位置和兩側(cè)半功率位置，并按照對應(yīng)公式(6)和(7)計算距離向和方位向分辨率。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法，其特征在于步驟(2) 所述的剖面數(shù)據(jù)提取包括如下步驟(a)將二維插值后復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2的功率數(shù)據(jù)繪制出等高 線圖；(b)在等高線圖像過^，人)點(diǎn)和(!^v)點(diǎn)，使得二者連線Ll穿過距離向旁瓣的峰值位置，此時可計算得到距離向剖面曲線的傾角",-atan^^; (c)在等高線圖像過(^人)點(diǎn)~ 一、和g。，厶;i點(diǎn)，使得二者連線L2穿過方位向旁瓣的峰值位置，此時可計算得到方位向剖面曲線的傾角a。二atan^^; (d)沿著直線L1，在復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2中逐行依次選擇距離直線Ll最近的點(diǎn)作為距離向剖面數(shù)據(jù)Dr的當(dāng)前行取值，DrL/] = C2|VOW" ^+C/-^)/tan^"]，其中raw"4/p+C/-厶)/tan"r)表示對!p+C;'-^)/tan^四舍五入取整；(e)沿著直線L2，在復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)C2中逐列依次選擇距離直線L2最近的點(diǎn)作為方位向剖面數(shù)據(jù)Da的當(dāng)前列取 值，使Da[_/〗=C2 /,訓(xùn)W(入+(/、).tanor。)， 其中謂wd(入+(7-ip)'tana。)表示對人+(〖-Zp).tana。四舍五入取整。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法，其特征在于步驟(3) 所述的分辨率指標(biāo)計算確定包括如下步驟(a)對距離向剖面數(shù)據(jù)Dr進(jìn)行一維傅里葉插值 處理， 一維插值倍數(shù)設(shè)為乂，得到維數(shù)為A^n^乂的插值后距離向剖面復(fù)數(shù)數(shù)辯，對其求功 率得到功率數(shù)據(jù)Sr; (b)對方位向剖面數(shù)據(jù)Da進(jìn)行一維傅里葉插值處理， 一維插值倍數(shù)設(shè) 為Wa ，得到維數(shù)為A^,"A^A^的插值后距離向剖面復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)，對其求功率得到功率數(shù)據(jù)Sa; (c) 逐點(diǎn)搜索功率數(shù)據(jù)Sr的功率最大值Pr，對應(yīng)的下標(biāo)記為Rp，從Rp向左搜索，記錄第一次 功率值小于0.5^Pr的點(diǎn)下標(biāo)為Rl，再Rp向右搜索，記錄第一次功率值小于0.5^Pr的點(diǎn)下 標(biāo)為Rr; (d)逐點(diǎn)搜索功率數(shù)據(jù)Sa的功率最大值Pa，對應(yīng)的下標(biāo)記為Ap,從Ap向左搜 索，記錄第一次功率值小于0.5*Pa的點(diǎn)下標(biāo)為Al，再Ap向右搜索，記錄第一次功率值小 于0.5*Pa的點(diǎn)下標(biāo)為Ar; (e)分別計箅距離向分辨率《和方位向分辨率& ，<formula>formula see original document page 3</formula>和A。分別為距離向和方位向像素間隔。
4、根據(jù)權(quán)利要求1所述的斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法，其特征在于斜視SAR 點(diǎn)目標(biāo)距離向剖面的傾斜角度范圍為[45°,135°1,方位向剖面的傾斜角度范圍為[-45°，451。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種斜視SAR的點(diǎn)目標(biāo)分辨率評估方法。該評估方法通過二維插值、剖面數(shù)據(jù)提取、分辨率指標(biāo)計算三步完成，首先對局部點(diǎn)目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行二維插值，然后繪制二維插值結(jié)果的功率值等高線投影圖，通過交互方式確定距離向和方位向的傾斜角度，并沿著傾斜角度方向在二維插值結(jié)果復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)矩陣中分別提取距離向剖面數(shù)據(jù)和方位向剖面數(shù)據(jù)，并根據(jù)公式(6)和(7)計算距離向和方位向分辨率。該方法主要解決了由于傾斜剖面提取不準(zhǔn)造成分辨率測量誤差的問題。本發(fā)明的主要特點(diǎn)(1)本發(fā)明提供的方法可以在距離向和方位向剖面不垂直的條件下仍然能得到較準(zhǔn)確的剖面曲線；(2)本發(fā)明提供的方法在獲得更準(zhǔn)確的剖面曲線后并按照公式(6)和(7)計算得到的分辨率更準(zhǔn)確，更能反映SAR點(diǎn)目標(biāo)的實(shí)際分辨率指標(biāo)。
文檔編號G01S7/40GK101545969SQ20091008138
公開日2009年9月30日 申請日期2009年4月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年4月3日
發(fā)明者兵 孫, 威 李, 杰 陳 申請人:北京航空航天大學(xué)