基于激光一维距离像反演动态锥形目标姿态角和几何尺寸的制作方法
【专利摘要】本发明公开了用激光一维距离像识别动态锥形目标的姿态角和几何尺寸方法，具体步骤为：建立平底锥的激光一维距离像模型，分析距离像在不同姿态角下的变化；建立角度渐进式雷达阵列，针对某一时刻的目标进行距离像采样；建立距离像坐标系，根据一维距离像峰值大小、峰值点在入射方向的投影长度、以及雷达阵列的角度关系建立目标函数一，多次进行遗传计算然后取均值，反演得到锥形目标的轴长和半锥角；将轴长和半锥角作为已知量代入到激光一维距离像模型，利用目标函数二，进行单次遗传计算，便可得到任意时刻下锥形目标的姿态角。通过两次目标函数反演，就能精确识别锥形目标的形态特征，无需建立和更新匹配模板库，节约了识别成本。
【专利说明】基于激光一维距离像反演动态锥形目标姿态角和几何尺寸
【技术领域】
[0001]本发明属于目标识别与特征提取【技术领域】，涉及基于激光一维距离像反演动态锥形目标的姿态角和几何尺寸的方法。
【背景技术】
[0002]雷达目标识别技术是现代雷达技术的重要发展方向之一。由于目标一维距离像与目标外形之间存在着紧密的对应关系，是激光雷达目标识别的重要手段之一。与微波相比，激光波长较短，空间分辨率高，能够提供目标的精确距离、姿态和运动参数等信息，并且图像稳定，抗干扰能力强。另一方面，与微波段不同，对于激光波段，目标均为介质粗糙表面，其目标激光散射机理与计算方法与微波段也存在较明显的差异。目前，国内外通过对激光雷达距离分辨雷达散射截面，以及利用粗糙面激光波束散射理论可以获得典型凸回转体的激光一维距离像曲线，但没有见到利用激光一维距离像反演目标几何参数与姿态的报道。
[0003]从电磁逆散射角度分析一维距离像的理论模型，如果已知回波信号及收发系统参数，是有可能还原出目标的形状、材料和运动参数等物理信息和几何信息。但是，目前高分辨率雷达目标距离像作为特征矢量存在幅度敏感性、方位敏感性和平移敏感性，严重影响后面的分类识别，并且需要建立庞大的数据库，对分类器的设计要求苛刻。总体而言，用电磁逆散射理论反演目标物理参数计算繁琐，难以推广到复杂目标的重构中，而且很难得到目标几何参数的唯一解。本文的发明建立在激光一维距离像的基础上，利用圆锥激光一维距离像的峰值作为特征矢量对圆锥的几何和姿态参数进行反演。由于激光波长短，可以提高了激光距离像对目标参数反演的精度。
[0004]现有微波雷达目标距离像对目标几何参数反演方案的缺点:1、利用微波段一维距离像模型，需要去除幅度敏感性、方位敏感性和平移敏感性，建立匹配数据库，运算量大，降维难度大；2、测量收发系统参数，利用电磁散射模型，结合优化算法，用电磁逆散射理论反演目标几何外形，但是只能重构出简单目标的轮廓，不适用于复杂目标，识别精度低；3、对于粗糙介质目标，一维距离像的信噪比低，目标识别困难。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在提供用激光一维距离像反演动态锥形目标的姿态角和几何尺寸的方法，应用于空间或复杂环境下动态目标激光雷达系统的跟踪、识别和攻防对抗，克服微波雷达对复杂目标，识别精度低的问题。
[0006]本发明所采用的技术方案是按照以下步骤进行:
[0007]步骤1:建立目标激光脉冲波束Z坐标的一维距离像成像模型，通过圆锥一维距离像的成像特征，提取其峰值坐标，即圆锥像最大值点所对应的距离值和其功率值，作为特征
矢量;
[0008]步骤2:设定遗传参数，设定遗传计算变量范围，用η部雷达同时对目标进行距离像采样，并且保证每部雷达之间的入射角相差为Λ Θ ；[0009]步骤3:采用步骤2得到的参数，以圆锥的锥高、半锥角和姿态角为反演目标参量，首先对锥高h和半锥角α进行反演；
[0010]步骤4:以步骤3反演结果得到的锥高h和半锥角α作为已知值，反演其对应的姿态角Θ。
[0011]本发明的有益效果是可适用于复杂目标，识别精度高。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1是本发明入射场示意图；
[0013]图2是本发明不同姿态角下圆锥一维距离像；
[0014]图3是本发明雷达阵列示意图；
[0015]图4是本发明距离像坐标系；
[0016]图5是本发明计算方法流程图。
【具体实施方式】
[0017]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0018]本发明的目的是对锥高、半锥角和姿态角实现三参数反演，在具体实现过程中，分为两个反演步骤:首先反演锥高和半锥角，多次求平均得到锥高和半锥角的最优解；其次反演姿态角，需要将得到的锥高和半锥角作为已知参数代入成像模型中，即实现对姿态角的单参数反演。本发明采用的步骤如下:
[0019]步骤1:假定研究目标是沿一定轴线旋转而成的回转体，如图1所示。在入射场坐标系OXYZ下，激光脉冲沿Z坐标方向入射，θ为目标的轴与激光入射方向夹角，称为姿态角；β为目标表面任意面元法线与入射方向反向的夹角，定义为本地入射角。TO为入射窄
脉冲的脉宽，高斯脉冲为Ui (/) = E0 exp(-/2 I Tn2 +imij ,其中exp (i ω t)为时谐因子，ω
为入射波的角频率，Etl为入射脉冲的振幅，入射波脉冲覆盖整个目标，令系统参数K = GrAr/(4 π rt2R2)。其中4为接收天线增益，4为接收天线的有效面积，rt，R分别为目标到发射天线和接收天线的距离。令c为光速，Zt为目标上分辨单元距雷达的距离，(X，Y，Z)分别表示入射场坐标中点的坐标，则入射场下的激光一维距离像功率为(一维距离像实质上就是散射回波功率在距离方位上的分布):
[0020]Ps(Zt) =K/ z e GP (2zt/c~2Z/c) fr ( β ) cos β dXdY
[0021]\*MERGEF0RMAT(1)
[0022]其中，?；(β)为目标表面材料的后向双向反射分布函数，设为常数。
[0023]G为积分区域，
【权利要求】
1.用激光一维距离像识别动态锥形目标的姿态角和几何尺寸，其特征在于按照以下步骤进行: 步骤1:建立目标激光脉冲波束Z坐标的一维距离像成像模型，通过圆锥一维距离像的成像特征，提取其峰值坐标，即圆锥像最大值点所对应的距离值和其功率值，作为特征矢量; 步骤2:设定遗传参数，设定遗传计算变量范围，用η部雷达同时对目标进行距离像采样，并且保证每部雷达之间的入射角相差为Λ Θ ； 步骤3:采用步骤2得到的参数，以圆锥的锥高、半锥角和姿态角为反演目标参量，首先对锥高h和半锥角α进行反演； 步骤4:以步骤3反演结果得到的锥高h和半锥角α作为已知值，反演其对应的姿态角Θ。
【文档编号】G01S7/48GK103954969SQ201410188024
【公开日】2014年7月30日 申请日期:2014年5月6日 优先权日:2014年5月6日
【发明者】牟媛, 吴振森, 曹运华, 李艳辉 申请人:西安电子科技大学