專利名稱：基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)二維成像方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于通訊技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及雷達(dá)信號處理技術(shù)領(lǐng)域中基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)二維成像方法。本發(fā)明可以有效地對空間進(jìn)動錐體目標(biāo)進(jìn)行二維成像，并估計出目標(biāo)的尺寸和運動參數(shù)，為后續(xù)的目標(biāo)識別提供有力保障。
背景技術(shù)：
表面光滑的錐體目標(biāo)在空間高速飛行時，為保持姿態(tài)的穩(wěn)定性，需要做自旋運動，在受到橫向的干擾時，自旋會轉(zhuǎn)化為進(jìn)動的形式。由于進(jìn)動目標(biāo)對回波信號產(chǎn)生的多普勒調(diào)制是時變量，通常情況下，傳統(tǒng)的基于轉(zhuǎn)臺模型的逆合成孔徑雷達(dá)成像方法對進(jìn)動目標(biāo)而言已經(jīng)不再適用。相比寬帶信號，窄帶信號在目標(biāo)跟蹤，距離探測，回波信噪比以及波段的選取等方面都具有優(yōu)勢。在窄帶雷達(dá)成像領(lǐng)域，經(jīng)常規(guī)的運動補償后，回波信號可以被壓縮在一個距離單元內(nèi)，旋轉(zhuǎn)目標(biāo)的回波信號的相位表現(xiàn)為正旋調(diào)頻形式。Jun Li 等人在文獻(xiàn)“Time-frequency imaging algorithm for high speedspinning targets in two dimensions”(IET Radar Sonar Navig,2010, Vol. 4, lss.6,PP. 806-817)中提出相干單距離多普勒干涉的成像方法。該方法通過對回波進(jìn)行時頻分析，利用自旋點目標(biāo)回波在距離-慢時間域的周期性變化規(guī)律，通過檢測正弦曲線估計散射點空間位置。由于利用了時頻譜的相位信息，該方法具有較高的分辨率，并且在低信噪比下表現(xiàn)良好。但該方法存在的不足是，在回波的時頻分析中僅僅考慮了簡單的自旋點目標(biāo)成像，而未涉及復(fù)雜的進(jìn)動目標(biāo)，并且在目標(biāo)的運動參數(shù)估計存在誤差的情況下，僅使用相干單距離多普勒干涉法進(jìn)行一次成像，導(dǎo)致由于模型失配而積累出錯誤的峰值點，影響了對空間目標(biāo)散射點分布特征的準(zhǔn)確描述。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)二維成像方法。該方法克服了相干單距離多普勒干涉法在目標(biāo)參數(shù)估計存在誤差時，無法對目標(biāo)進(jìn)行準(zhǔn)確成像的不足，利用時頻譜的相干積分值與模型匹配程度相關(guān)這一特征，采用速度和錐旋頻率循環(huán)迭代的方法，對不同參數(shù)值下基于等效散射點模型的進(jìn)動錐體目標(biāo)的時頻譜進(jìn)行積分重構(gòu)，以圖像的平均強度最大為準(zhǔn)則，搜索獲得參數(shù)的精確值，最后再采用相干單距離多普勒干涉法獲得錐體目標(biāo)的二維圖像。實現(xiàn)本發(fā)明的基本思路是首先將進(jìn)動錐體目標(biāo)的線性調(diào)頻信號回波進(jìn)行脈沖壓縮，接著以頻譜幅度差最小為準(zhǔn)則，通過建立有效的搜索算法對目標(biāo)回波的速度進(jìn)行粗補償以得到轉(zhuǎn)臺模型下的目標(biāo)回波，然后采用速度和錐旋頻率循環(huán)迭代的方法，對不同參數(shù)值下基于等效散射點模型的進(jìn)動錐體目標(biāo)的時頻譜進(jìn)行積分重構(gòu)，以圖像的平均強度最大為準(zhǔn)則，搜索獲得參數(shù)的精確值，最后采用相干單距離多普勒干涉法獲得錐體目標(biāo)的二維圖像。
本發(fā)明的具體步驟如下(I)雷達(dá)接收回波雷達(dá)系統(tǒng)接收空間進(jìn)動錐體目標(biāo)的線性調(diào)頻信號回波。⑵速度補償2a)采用快速傅立葉變換對空間進(jìn)動錐體目標(biāo)的線性調(diào)頻信號回波進(jìn)行脈沖壓縮，獲得脈壓后的距離-慢時間域信號回波；2b)提取各次距離-慢時間域信號回波中的峰值信號，組成單頻回波序列；2c)采用頻譜幅度差方法對單頻回波序列進(jìn)行速度補償，獲得錐體目標(biāo)的速度和補償后的回波序列。(3)時頻分析3a)采用短時傅立葉變換對補償后的回波序列進(jìn)行時頻分析，獲得補償后的回波序列的時頻譜；3b)采用ー階矩公式對補償后的回波序列的時頻譜進(jìn)行瞬時頻率估計，獲得補償后的回波序列的瞬時頻率；3c)采用傅立葉變換獲得瞬時頻率的頻譜，頻譜中的最大幅值對應(yīng)的頻率為錐體目標(biāo)的錐旋頻率。⑷更新速度4a)采用等效散射點的建模方法獲得進(jìn)動錐體目標(biāo)的相位和瞬時多普勒頻率；4b)將速度的初始值設(shè)為零，將步驟3c)中獲得的錐旋頻率作為錐旋頻率的初始值；4c)采用相干單距離多普勒干涉法對步驟3a)獲得的補償后回波序列的時頻譜進(jìn)行重構(gòu)，獲得不同速度偏移量對應(yīng)的ニ維圖像；4d)采用平均強度公式獲得不同速度偏移量對應(yīng)的ニ維圖像的平均強度值，用平均強度值最大的ニ維圖像對應(yīng)的速度偏移量更新速度的初始值；(5)更新錐旋頻率5a)采用相干單距離多普勒干涉法對步驟3a)獲得的補償后回波序列的時頻譜進(jìn)行重構(gòu)，獲得不同錐旋頻率偏移量對應(yīng)的ニ維圖像；5b)采用平均強度公式獲得不同錐旋頻率偏移量對應(yīng)的ニ維圖像的平均強度值，將平均強度值最大的ニ維圖像對應(yīng)的錐旋頻率偏移量記錄為最優(yōu)偏移量。(6)判斷最優(yōu)偏移量是否等于初始值若最優(yōu)偏移量等于錐旋頻率的初始值，則轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟(7)，否則，用步驟5b)獲得的最優(yōu)偏移量更新錐旋頻率的初始值，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟4c)。(7) ニ維成像采用相干單距離多普勒干涉法對步驟3a)獲得的補償后回波序列的時頻譜進(jìn)行重構(gòu)，獲得最優(yōu)偏移量對應(yīng)的ニ維圖像。(8)輸出步驟(7)獲得的ニ維圖像。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點第一，由于本發(fā)明采用了等效散射點的建模方法，將相干單距離多普勒干涉法應(yīng)用在空間進(jìn)動錐體目標(biāo)的成像上，克服了現(xiàn)有技術(shù)中相干單距離多普勒干涉法僅用于自旋CN 102914772 A說明書3/7 頁
目標(biāo)成像的不足，使得本發(fā)明具有對復(fù)雜進(jìn)動目標(biāo)進(jìn)行ニ維成像的優(yōu)點。第二，由于本發(fā)明采用了速度和錐旋頻率兩個參數(shù)循環(huán)迭代的捜索方法，以圖像的平均強度最大為準(zhǔn)則，對目標(biāo)的運動參數(shù)進(jìn)行精確的估計?？朔爽F(xiàn)有技術(shù)中相干單距離多普勒干涉法無法對目標(biāo)在運動參數(shù)估計存在誤差時進(jìn)行準(zhǔn)確成像的不足，使得本發(fā)明具有對目標(biāo)的尺寸和運動參數(shù)進(jìn)行精確估計的優(yōu)點。


圖I為本發(fā)明的流程圖；圖2為本發(fā)明的仿真圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖1，對本發(fā)明具體實施方式
作進(jìn)ー步的詳細(xì)描述。步驟1，雷達(dá)接收回波雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號，信號形式如下
權(quán)利要求
1.基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)ニ維成像方法，包括如下步驟 (1)雷達(dá)接收回波 雷達(dá)系統(tǒng)接收空間進(jìn)動錐體目標(biāo)的線性調(diào)頻信號回波； (2)速度補償 2a)采用快速傅立葉變換對空間進(jìn)動錐體目標(biāo)的線性調(diào)頻信號回波進(jìn)行脈沖壓縮，獲得脈壓后的距離-慢時間域信號回波； 2b)提取各次距離-慢時間域信號回波中的峰值信號，組成單頻回波序列； 2c)采用頻譜幅度差方法對單頻回波序列進(jìn)行速度補償，獲得錐體目標(biāo)的速度和補償后的回波序列； (3)時頻分析 3a)采用短時傅立葉變換對補償后的回波序列進(jìn)行時頻分析，獲得補償后的回波序列的時頻譜； 3b)采用ー階矩公式對補償后的回波序列的時頻譜進(jìn)行瞬時頻率估計，獲得補償后的回波序列的瞬時頻率； 3c)采用傅立葉變換獲得瞬時頻率的頻譜，頻譜中的最大幅值對應(yīng)的頻率為錐體目標(biāo)的錐旋頻率； (4)更新速度 4a)采用等效散射點的建模方法獲得進(jìn)動錐體目標(biāo)的相位和瞬時多普勒頻率； 4b)將速度的初始值設(shè)為零，將步驟3c)中獲得的錐旋頻率作為錐旋頻率的初始值；4c)采用相干單距離多普勒干涉法對步驟3a)獲得的補償后回波序列的時頻譜進(jìn)行重構(gòu)，獲得不同速度偏移量對應(yīng)的ニ維圖像； 4d)采用平均強度公式獲得不同速度偏移量對應(yīng)的ニ維圖像的平均強度值，用平均強度值最大的ニ維圖像對應(yīng)的速度偏移量更新速度的初始值； (5)更新錐旋頻率 5a)采用相干單距離多普勒干涉法對步驟3a)獲得的補償后回波序列的時頻譜進(jìn)行重構(gòu)，獲得不同錐旋頻率偏移量對應(yīng)的ニ維圖像； 5b)采用平均強度公式獲得不同錐旋頻率偏移量對應(yīng)的ニ維圖像的平均強度值，將平均強度值最大的ニ維圖像對應(yīng)的錐旋頻率偏移量記錄為最優(yōu)偏移量； (6)判斷最優(yōu)偏移量是否等于初始值 若最優(yōu)偏移量等于錐旋頻率的初始值，則轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟(7)，否則，用步驟5b)獲得的最優(yōu)偏移量更新錐旋頻率的初始值，轉(zhuǎn)入執(zhí)行步驟4c)； (7)ニ維成像 采用相干單距離多普勒干涉法對步驟3a)獲得的補償后回波序列的時頻譜進(jìn)行重構(gòu)，獲得最優(yōu)偏移量對應(yīng)的ニ維圖像； (8)輸出步驟(7)獲得的ニ維圖像。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)ニ維成像方法，其特征在于，步驟2c)中所述的頻譜幅度差方法的具體步驟如下 第一歩，按照下式計算雷達(dá)系統(tǒng)的最大不模糊速度
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)二維成像方法，其特征在于，步驟3a)中所述的短時傅里葉變換的公式為 S(tm, f) = / s(t) · w (t-tm) · exp(-j2 π tf)dt 其中，S(tm，f)表示補償后的回波序列的時頻譜，s(t)表示補償后的回波序列，
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)二維成像方法，其特征在于，步驟3b)中所述的一階矩的公式為
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)二維成像方法，其特征在于，步驟4a)中所述的等效散射點的建模方法的具體步驟如下 第一步，按照下式獲得進(jìn)動錐體目標(biāo)的相位
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)ニ維成像方法，其特征在于，步驟4c)、步驟5a)和步驟(7)中所述的相干單距離多普勒干涉法的公式如下
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)ニ維成像方法，其特征在于，步驟4d)和步驟5b)中所述的平均強度的公式如下
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于等效散射點的進(jìn)動目標(biāo)二維成像方法，包括(1)雷達(dá)接收回波；(2)速度補償；(3)時頻分析；(4)更新速度；(5)更新錐旋頻率；(6)判斷最優(yōu)偏移量是否等于初始值；(7)二維成像；(8)輸出成像結(jié)果。本發(fā)明通過回波脈壓處理，速度補償，微動參數(shù)估計，采用速度和錐旋頻率循環(huán)迭代的方法，對不同參數(shù)值下的錐體目標(biāo)的時頻譜進(jìn)行積分重構(gòu)，以圖像的平均強度最大為準(zhǔn)則，搜索獲得參數(shù)的精確值，最后采用相干單距離多普勒干涉法獲得目標(biāo)的二維圖像。本發(fā)明具有對空間進(jìn)動錐體目標(biāo)進(jìn)行二維成像，并且精確估計目標(biāo)尺寸和運動參數(shù)的優(yōu)點。
文檔編號G01S13/89GK102914772SQ20121036458
公開日2013年2月6日 申請日期2012年9月18日 優(yōu)先權(quán)日2012年9月18日
發(fā)明者杜蘭, 楊磊, 劉宏偉, 高銘江, 糾博 申請人:西安電子科技大學(xué)