一种进动锥体的三维成像方法
【专利摘要】一种进动锥体的三维成像方法，包括以下步骤：雷达以脉冲重复频率发射并接收脉冲，得到以距离为行向量、以方位为列向量的回波；对回波进行多普勒中心模糊补偿，得到补偿后的距离频域-方位慢时间域回波；用时域变标法对回波进行平动校正；构造不同的曲线，对平动校正后回波进行相参积累，并对微动参数进行联合估计，根据其它散射中心的三维图像和锥顶散射中心的三维图像标出三维坐标，进行三维成像，获得进动锥体目标的三维图像。本发明利用进动锥体光学区散射中心分布特性，估计出锥体散射中心的真实三维坐标，同时实现了对锥体进动角等微动参数的准确估计，从而获得复杂进动锥体目标聚焦良好的高分辨三维图像。
【专利说明】一种进动锥体的三维成像方法
【技术领域】
[0001]本发明属于信号处理【技术领域】，尤其涉及雷达信号处理技术中的一种进动锥体高分辨三维成像方法。
【背景技术】
[0002]进动是锥体等空间目标典型的微动形式。若能够通过高分辨雷达成像，准确估计进动锥体散射中心的三维分布以及自旋频率、进动频率、进动角等微动参数，则可获得该类目标的形状、结构和运动信息，为后续的目标分类和鉴别提供重要支撑。目前，典型微动目标的高分辨成像和微动参数估计是雷达成像和雷达自动目标识别领域重要的研究方向。
[0003]专利申请号为201210364585.6、发明名称为基于等效散射点的进动目标二维成像方法的中国发明专利公开了一种基于等效散射点的进动目标二维成像方法，该方法可以准确补偿目标速度，获得光滑锥体目标散射点的二维图像。但是，由于雷达视线方向未知，无法获得散射点的真实坐标，不能反映锥体目标的真实尺寸，该方法仅适用于光滑进动锥体的二维成像，当锥体包含多个固定散射中心时，该方法假设模型不再满足，从而使图像散焦。
[0004]专利申请号为201310139380.2、发明名称为一种逆合成孔径雷达的目标三维散射中心重构方法的中国发明专利公开了一种基于ISAR 二维图像序列的三维散射中心重构方法，该方法能够分辨在同一个距离和方位分辨单元内的不同高度的散射中心，无需利用雷达的观测视角等先验信息，计算量相对较小。但是，该方法要求目标相对于雷达的旋转角速度变化小于0.05rad/s，并且总转角小于360°，而进动目标在观测时间内高速旋转，总转角会超过360°，进动的锥体目标散射中心会发生严重的越距离单元走动，使基于分数阶傅里叶变换的二维图像定标方法失效；当目标包含滑动散射中心或存在遮挡时，散射中心无法完全匹配而使三维散射中心重构方法失效。
【发明内容】
[0005]针对上述技术的不足，本发明的目的在于提供一种能够获得锥体散射中心的真实三维分布，实现对进动角等典型微动参数准确估计的进动锥体三维成像方法。
[0006]为了实现上述目的，本发明采取如下的技术解决方案:
[0007]一种进动锥体的三维成像方法，包括以下步骤:
[0008]步骤1、雷达以脉冲重复频率发射并接收脉冲，得到以距离为行向量、以方位为列向量的回波S ；
[0009]步骤2、对回波S进行多普勒中心模糊补偿，得到补偿后的距离频域-方位慢时间域回波Sest，具体步骤如下:
[0010]步骤2a、取若干整数作为多普勒中心模糊数搜索集合，在该多普勒中心模糊数搜索集合内取值作为多普勒中心模糊数搜索值M ;
[0011 ] 步骤2b、将回波S与由多普勒中心模糊数搜索值M构造的相位补偿项F相乘，得到相位补偿回波I,将相位补偿回波I沿距离频率维进行逆傅里叶变换，得到距离-方位慢时间域回波S;
[0012]所述相位补偿项
【权利要求】
1.一种进动锥体的三维成像方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1、雷达以脉冲重复频率发射并接收脉冲，得到以距离为行向量、以方位为列向量的回波S ; 步骤2、对回波S进行多普勒中心模糊补偿，得到补偿后的距离频域-方位慢时间域回波Sest,具体步骤如下: 步骤2a、取若干整数作为多普勒中心模糊数搜索集合，在该多普勒中心模糊数搜索集合内取值作为多普勒中心模糊数搜索值M ; 步骤2b、将回波S与由多普勒中心模糊数搜索值M构造的相位补偿项F相乘，得到相位补偿回波§ ?将相位补偿回波I沿距离频率维进行逆傅里叶变换，得到距离-方位慢时间域回波5; 所述相位补偿项F=exp(j4 π (fc+f)Mv0/c),其中，j为虚数单位，fc为载频，f为距离频率，VtI为盲速，c为光速,距离频率 为距离调频率，￡为距离快时间， Rref为雷达到场景中心的距离，盲速λ为信号波长，PRF为脉冲重复频率； 步骤2c、将距离-方位慢时间域回波S取模值后进行Radon变换，得到Radon变换图像I。，根据Radon变换图像I。的幅度与角度之间的对应关系，记录Radon变换图像I。的幅度最大值所对应的角度； 步骤2d、返回步骤2b，遍历多普勒中心模糊数搜索集合，对每一多普勒中心模糊数搜索值M记录其Radon变换图像的幅度最大值所对应的角度； 步骤2e、将步骤2d所记录的角度中最靠近0°的角度对应的多普勒中心模糊数搜索值作为多普勒中心模糊数估计值Mest，将由该多普勒中心模糊数估计值Mest构成的相位补偿项Fest = exp (j4 π (fc+f)Mestv0/c)与步骤I得到的回波S相乘，得到补偿后的距离频域_方位慢时间域回波Sest ； 步骤3、用时域变标法对回波进行平动校正； 步骤3a、对补偿后的距离频域-方位慢时间域回波Sest沿方位慢时间维进行尺度变换，得到尺度变换后的回波S’ ； 步骤 3b、构造匹配函数
2.根据权利要求1所述的进动锥体的三维成像方法，其特征在于:所述步骤2a中取-10到10之间的所有整数作为多普勒中心模糊数搜索集合，多普勒中心模糊数搜索值M e [-10， 10]。
3.根据权利要求1所述的进动锥体的三维成像方法，其特征在于:所述步骤3b中的&1、a2均取-0.1，bp b2均取0.1，所述第一随机搜索变量A1 e [-0.1, 0.1]，所述第二随机搜索变量 A2 E [-0.1, 0.1] ο
4.根据权利要求1所述的进动锥体的三维成像方法，其特征在于:所述步骤4a中的a3、a4均取-0.1，&5取-1，133、134均取0.1，1^5取1，所述第一搜索变量A3 e [-0.1,0.1]，所述第二搜索变量A4 e [-0.1, 0.1]，所述第三搜索变量A5 e [-1，I]。
5.根据权利要求4所述的进动锥体的三维成像方法，其特征在于:所述步骤4b中的第一步进量1为0.01。
6.根据权利要求1所述的进动锥体的三维成像方法，其特征在于:所述步骤4d中的 取0，、取1七取-1，1^取1，所述锥顶散射中心的第三维坐标Zttjp e [O, I]，所述回波整体平移量R e [-1，I]。
7.根据权利要求6所述的进动锥体的三维成像方法，其特征在于:所述步骤4h中的第三步进量I3为0.01。
8.根据权利要求1所述的进动锥体的三维成像方法，其特征在于:所述步骤4f中的a6、a7 均取-0.5，a8 取-1，b6、b7 均取 0.5，b8 取 I。
9.根据权利要求8所述的进动锥体的三维成像方法，其特征在于:所述步骤4g中的第二步进量I2为0.01。
【文档编号】G01S7/41GK103576130SQ201310545263
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年11月5日 优先权日:2013年11月5日
【发明者】白雪茹, 周峰, 刘妍, 保铮 申请人:西安电子科技大学