[发明专利]一种基于回波数据的SAR图像运动目标姿态角提取方法

说明书

技术领域

本发明属于图像处理领域，涉及在SAR图像中的目标特征提取，特别涉及获取运动目标的姿态角。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种全天时全天候的高分辨率成像雷达，其图像广泛用于军事侦察，资源探测和海洋观测等领域。在军事侦察中，目标的姿态角是目标的一个重要特征。

现有的目标姿态角提取方法，都是从直接对图像进行处理。根据目标的峰值位置或主导边界走向，通过统计的方法，估计出目标的姿态角。上述方法对图像质量要求高，当图像质量下降时，会影响目标姿态角的估计精度。

利用目标的峰值位置提取姿态角的方法参阅文献《SAR图像目标峰值特征提取与方位角估计方法研究》，宇航学报，第25卷第1期，2004年1月。

利用目标主导边界走向提取姿态角的方法参阅文献《SAR图像目标分割与方位角估计》，国防科技大学学报，第23卷第5期，2001年。

发明内容

为了避免在提取目标姿态角时图像质量对提取结果的影响，本发明提出了一种基于回波数据的SAR图像运动目标姿态角提取方法。该方法直接对雷达回波数据(图像由回波数据生成)进行处理，通过偏置相位中心天线(DPCA，Dispatch Phase Center Antenna)技术估计运动目标的速度，然后通过目标的速度直接提取出运动目标的姿态角。该方法可以比较准确的提取出目标的姿态角，且精度不受图像质量影响。

本发明的技术方案如下：

1.对回波数据进行DPCA处理，通过干涉相位得到目标的距离向速度。

DPCA技术是一种采用多孔径天线的地杂波抑制技术。该技术通过对消杂波(静止目标信号)，提高运动目标的信杂比，实现对运动目标的检测。根据杂波对消后的运动目标的数学表达形式，可以提取出目标的距离向速度。在DPCA处理中，共用到三个通道的数据。具体流程如下：

1)分别对三个通道的数据进行距离向压缩，得到三个回波信号s₁(t)，s₂(t)和s₃(t)。

2)将第一个回波信号s₁(t)延迟一个脉冲时间，使用补偿因子C对第二个回波信号s₂(t)进行相位补偿。然后将两路处理后的信号相减，得到杂波对消后的信号S₂₁(t)。

3)将进行补偿后的第二个回波信号延迟一个脉冲时间。然后将该数据与第三个回波信号s₃(t)相减，得到杂波对消后的信号S₃₂(t)。

4)使用相位补偿因子C₂(t)对S₂₁(t)进行相位补偿，然后进行方位向傅立叶变换，得到频域上杂波对消后的信号I₂₁(f)。

5)使用相位补偿因子C₁(t)和C₂(t)对S₃₂(t)进行相位补偿，然后进行方位向傅立叶变换，得到频域上杂波对消后的信号I₃₂(f)。

6)将I₂₁(f)与I₃₂(f)进行干涉处理，得到I₂₁(f)与I₃₂(f)的相位差ΔΦ(f)，进而得到目标的多普勒中心频率的估计值f_{dc_est}。

7)根据目标在图像中的位置得到目标中心频率的真实值f_{dc_real}。

8)通过f_{dc_est}和f_{dc_real}计算得到目标的距离向速度V_r。

2.对DPCA处理后的数据进行多普勒参数估计，得到目标的方位向速度。

目标的方位向速度可由目标的多普勒调频率和目标的距离向速度计算得到。常见的目标多普勒调频率估计方法包括最优对比度法、子孔径相关法、频移相关法和相位梯度等。本方案采用最优对比度法。

1)根据载频信号波长、参考斜距、载机平台速度以及目标的速度矢量确定初始多普勒调频率f_{r_0}。

2)以初始多普勒调频率f_{r_0}为中心，使用不同的多普勒调频率f_r对目标进行成像。得到图像对比度与多普勒调频率的关系曲线。

3)寻找图像对比度最大值对应的多普勒调频率f_r作为多普勒调频率的估计值f_{r_est}。