[发明专利]基于OMP的SAR目标图像几何尺寸估计方法

权利要求书

1.一种基于正交匹配追踪算法OMP的合成孔径雷达SAR目标图像几何尺寸估计方法，其特征在于，采用正交匹配追踪算法OMP提取合成孔径雷达SAR图像中目标的最外层轮廓，利用雷达目标的外接矩形估计雷达目标的几何尺寸，该方法的具体步骤包括如下：

(1)选取一个只包含雷达观测目标的合成孔径雷达SAR图像中的一个切片矩阵；

(2)利用正交匹配追踪算法OMP，生成目标的原子矩阵和散射中心幅度向量：

(2a)将所选切片矩阵中的每列依次首尾相连，组成一个切片列向量；

(2b)利用正交傅里叶基公式，计算超分辨基矩阵中的每个元素值；

(2c)将切片列向量作为初始残差信号向量，用超分辨基矩阵中每列向量分别与初始残差信号向量做内积操作，提取所有内积结果中最大值对应的超分辨基矩阵的一列元素，加入一个空矩阵中，组成当前原子矩阵；

(2d)利用残差信号更新公式，计算更新后的残差信号向量，用超分辨基矩阵中每列向量分别与更新后的残差信号向量做内积操作，将所有内积结果中最大值对应的超分辨基矩阵的一列元素，加入当前原子矩阵中；

(2e)将更新后的残差信号向量做转置操作后与自身相乘，得到更新后的残差信号的功率值；

(2f)判断更新后的残差信号的功率值是否小于终止门限值，若是，则得最终的原子矩阵后执行步骤(2g)，否则，执行步骤(2d)；

(2g)将最终原子矩阵取逆操作后与切片列向量的快速傅立叶变换相乘，得到散射中心幅度向量；

(3)获得重构目标二值图像：

将散射中心幅度向量与最终原子矩阵相乘，得到一个重构目标矩阵，对重构目标矩阵做二值化操作，得到重构目标二值图像；

(4)生成目标区域：

将重构目标二值图像投影到一个二维平面坐标系中，将重构目标二值图像中所有值为1的像素点，组成目标区域；

(5)获取坐标向量：

取出目标区域最外层轮廓上所有像素点在x轴上和y轴上对应的坐标值，分别沿逆时针方向依次排列，组成横轴和纵轴的坐标向量；

(6)获得外接矩形：

(6a)利用外接矩形方法，获得二维平面坐标系中的一个矩形；

(6b)利用旋转公式，对横轴和纵轴坐标向量依次从1°到90°范围内每隔1°进行一次旋转操作；

(6c)对每次旋转后的横轴和纵轴坐标向量通过外接矩形方法，获得外接矩形；

(7)外接矩形的周长：

(7a)将旋转后的横轴坐标向量最大值与最小值之差作为外接矩形的长度值；

(7b)将旋转后的纵轴坐标向量最大值与最小值之差作为外接矩形的宽度值；

(7c)将长度值与宽度值相加后乘以2作为外接矩形的周长值；

(8)获得目标几何尺寸的估计结果：

将所有外接矩形中周长值最小的外接矩形对应的长度值与宽度值，作为合成孔径雷达SAR图像目标几何尺寸的估计结果。

2.根据权利要求1所述的基于正交匹配追踪算法OMP的合成孔径雷达SAR目标图像几何尺寸估计方法，其特征在于，步骤(2b)中所述正交傅里叶基公式如下：

其中，d表示超分辨基矩阵的第l行第m列的元素，e表示以自然常数e为底的指数操作，j表示虚数单位符号，π表示圆周率，l表示超分辨基矩阵的行序号，l＝1,…,A，A表示超分辨基矩阵的总行数，其取值与切片列向量的长度相等，m表示超分辨基矩阵的列序号，m＝1,…,M，M表示超分辨基矩阵的总列数。

3.根据权利要求1所述的基于正交匹配追踪算法OMP的合成孔径雷达SAR目标图像几何尺寸估计方法，其特征在于，步骤(2d)中所述残差信号更新公式如下：

r＝fft(x)-EF⁺fft(x)

其中，r表示更新后的残差信号向量，fft(·)表示做快速傅立叶变换操作，x表示切片列向量，E表示超分辨基矩阵，F表示当前原子矩阵，+表示穆尔-彭罗斯Moore-Penrose逆操作。