專利名稱：基于isar像序列的散射點三維位置重構方法
技術領域：
本發明涉及一種基于ISAR(逆合成孔徑雷達)像序列的散射點三維位置重構方法，特別涉及到如何利用雷達目標散射點在ISAR成像面上的二維投影信息，利用秩理論和投影空間的正交性，通過對已知的觀測矩陣進行奇異分解的方法來實現目標散射點的三維位置重構，屬于雷達信號處理領域。
背景技術：
隨著現代雷達技術的不斷發展，雷達已遠遠超出了“檢測和測距”的初始含義，從目標參數測量進入特征測量的新階段，雷達的基本功能從檢測和定位擴展到特征獲取和目標識別，散射中心模型為光學區雷達目標的電磁散射現象提供了簡潔精練、物理含義明確的描述手段，成為目標特性分析和目標識別研究的基礎。我們知道，散射點分布與目標幾何結構存在對應關系，為目標識別和攻擊點選擇提供了重要依據。散射點空間分布特征是高分辨雷達目標識別的基礎，也是發掘寬帶高分辨雷達目標識別新機理、新方法的重要途徑。傳統的寬帶雷達和合成孔徑雷達主要獲取目標的一維和二維散射點投影信息。由于目標處在三維空間中(不考慮時間參數)，同一個目標可以有無窮多的一維和二維散射中心模型，因此從描述目標的角度考慮，對目標散射點進行三維重構是必然的趨勢。三維重構既是計算機領域中的經典問題(可稱光學重構)，也是雷達成像領域的重點研究難題。光學重構與雷達重構的共同之處在于，它們都是利用不同觀測角下的低維圖像重構三維幾何體，區別在于光學重構是基于針孔相機模型，利用了不同深度的物體在平面圖上的透視關系，而雷達重構是基于遠場平面波假設，不存在透視效果，利用的是散射點在成像平面上的投影關系。目前，雷達一維及兩維成像技術發展已相對比較成熟，通過雷達重構技術獲取散射點三維空間分布特征的方法主要有兩種一種是基于目標一維高分辨距離像序列，另一種是基于目標二維像序列。通過寬帶雷達可獲取目標的一維高分辨像，它是散射點在雷達視線方向上的一維投影分布，能部分地反映目標的幾何特征且信息獲取比較容易，但它攜帶的信息不夠充分且十分敏感于目標的姿態變化，一般只能在已知雷達觀測角信息或已關聯散射點的條件下進行三維重構，然而對于實際的運動目標進行重構時，雷達觀測視角很難準確獲取，使得無法正常成像。相比一維像，二維像提供了更豐富的目標信息，二維成像主要以逆合成孔徑雷達 (ISAR)成像為主，它是利用目標與雷達的相對運動，獲取目標在雷達視線方向和多普勒橫向上的投影信息。目前采用的較多的是干涉ISAR成像技術，利用方位角相同、俯仰角不同的多幅ISAR圖像的相位關系來估計散射點的高度信息。但干涉ISAR在測高時，存在同一投影位置上多散射點的干擾且受到高度采樣間隔的限制，同時干涉ISAR方式對測量參數， 數據質量和信號處理能力的要求都較高，一般較多地應用于對地表三維特征的測量。然而對于實際的雷達運動目標，如何更好地利用ISAR像序列對其進行三維重構，對我們提出了挑戰。 本發明中，以飛行中的立體目標為仿真對象，對其進行了模擬ISAR成像，并在一段時間內多次采樣獲取不同時刻的目標ISAR像序列，從中提取出強散射點對應投影點的位置信息組成觀測矩陣，并以此作為唯一已知信息，根據秩理論，對觀測矩陣進行奇異分解，利用投影空間的正交性這一約束，從子空間中求得位置矩陣的最佳估計值，實現目標散射點的三維位置重構。
發明內容
本發明的目的在于提出和設計一種基于ISAR像序列的散射點三維位置重構方法，以光學區雷達目標的散射中心模型為基礎，獲取不同時刻下目標散射點在ISAR成像面上的二維投影點位置，將關聯后的投影點位置組成觀測矩陣作為已知信息，在秩理論的前提條件下，對觀測矩陣進行奇異分解，并利用投影空間的正交性這一約束，從子空間中求得位置矩陣的最佳估計值，實現運動目標強散射點的三維位置重構。本發明考慮到實際中雷達目標的運動信息獲取困難的問題，在對已有的雷達目標三維重構方法充分調研的基礎上，通過比較計算量和實現的難易程度等方面的性能，結合散射中心模型在三維重構技術應用上的優勢，最終提出和設計出了一種基于ISAR像序列的散射點三維位置重構方法。該方法充分利用二維像序列中對應散射點的位置變化與三維位置間的投影關系，以觀測矩陣作為重構的唯一數據源，間接解決了雷達視角及目標運動參數難以直接獲得的問題。通過對典型運動目標散射中心模型的論證和仿真計算，該方法具有重構精度高、成像穩定、已知信息較少、計算量較小和數據獲取容易等優點，將為目標識別評估提供更精確的目標特性數據，大大提升雷達運動目標的識別能力。本發明提出的基于ISAR像序列的散射點三維位置重構方法，分為以下幾個階段(1)目標ISAR像序列的產生根據ISAR成像的基本原理，將運動補償后的成像過程公式化，得到模擬ISAR成像過程的投影矩陣方程
權利要求
1. 一種基于ISAR像序列的散射點三維位置重構方法，其特征在于該方法分為以下幾個步驟(1)、目標ISAR像序列的產生根據ISAR成像的基本原理，將運動補償后的成像過程公式化，得到模擬ISAR成像過程的投影矩陣方程
2.權利要求1中所述的基于ISAR像序列的散射點三維位置重構方法，其特征在于 在所述的觀測矩陣的獲取這一環節，是在未知雷達觀測視角及目標運動參數的條件下進行的，以觀測矩陣作為三維重構唯一的數據源，通過奇異分解矩陣實現重構。
全文摘要
本發明是一種基于ISAR像序列的散射點三維位置重構方法，包括四個環節目標ISAR像是基于距離-多普勒高分辨的基本原理給出目標強散射點在徑向和橫向上的分布信息；數據聯給出的是ISAR像序列中的二維投影點之間的對應關系，通過提取圖像序列中所有散射點的一維徑向距離信息，利用航跡起始法實現；觀測矩陣的獲取是通過一段時間的采樣獲取目標ISAR像序列，數據關聯后，由序列中所有對應投影點的二維位置坐標組合而成，構成三維重構的已知信息；位置矩陣的求解是通過對觀測矩陣進行奇異分解，利用秩理論，以投影空間的正交性為約束條件，從子空間中求得目標散射點三維位置矩陣的最佳估計，即得到目標的三維重構圖像。
文檔編號G01S13/90GK102353945SQ20111017453
公開日2012年2月15日 申請日期2011年6月27日 優先權日2011年3月31日
發明者文亞亞, 王俊, 禹娟, 蔡多多, 魏少明 申請人:北京航空航天大學
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