[发明专利]一种基于三维图像域投射变换的雷达散射截面积外推方法

权利要求书

1.一种基于三维图像域投射变换的RCS外推方法，其特征是它包括以下步骤：

步骤1、初始化相关参数

采用步进频率(SF)的基带信号形式以及阵列三维SAR模型，并初始化如下参数：光在空气中传播速度，记为c；自然指数，记为e；虚数单位，记为j；圆周率，记为π；信号中心频率，记为f₀；步进频率序号，记为n＝1,2,...,N，其中N表示频点总数；频率步进量，记为Δf；合成带宽，记为B；方位向阵元序号，记为l＝1,2,...,L，其中L表示方位向阵元总数；方位方向向量，记为d_l；方位向阵元间隔，记为Δdl；方位向最大孔径，记为D_a；俯仰向阵元序号，记为m＝1,2,...,M，其中M表示俯仰向阵元总数；俯仰方向向量，记为d_m；俯仰向阵元间隔，记为Δdm；俯仰向最大孔径，记为D_e；天线方位图，记为A；频率升采样倍数，记为K；参考距离，记为R₀；目标场景中心，记为r_center；三维目标场景空间，记为V′；三维图像像素，记为r′＝[x,y,z]，且满足r′∈V′；图像分割阈值，记为η；采用电磁计算仿真，初始化目标原始回波数据矩阵为S_L×M×N，其中第一维表示方位向响应，第二维表示俯仰向响应，第三维表示频率响应；

步骤2、对目标原始回波数据矩阵进行脉冲压缩处理，得到距离向数据矩阵

以步骤1中的目标原始回波数据矩阵S_L×M×N作为输入，采用脉冲压缩方法对S_L×M×N中的第三维频率响应进行压缩，得到距离向数据矩阵P_L×M×N；

步骤3、对脉冲压缩后的数据矩阵进行频率升采样

以步骤2得到的距离向数据矩阵P_L×M×N和步骤1中初始化的的频率升采样倍数K作为输入，进行K倍频域升采样处理：

步骤3.1、取出步骤2中距离向数据矩阵P_L×M×N的第l行和第m列，得到1×1×N大小的纵向量p_lm，其中N为步骤1中初始化的频点总数；

步骤3.2、采用快速傅里叶变换处理向量p_lm，得到向量F_lm；

步骤3.3、从向量F_lm的N/2+1位置开始插入(K-1)·N个零元素，得到F′_lm＝[F_lm(1,2,...,N/2+1),O_(K-1)·N,F_lm(N/2+2,...,N)]，其中F_lm(1,2,...,N/2+1)表示F_lm中的前N/2+1个元素，F_lm(N/2+2,...,N)表示F_lm中的后N/2-1个元素，O_(K-1)·N表示插入的(K-1)·N个零元素；

步骤3.4、采用逆快速傅里叶变换处理向量F′_lm，得到向量p′_lm；

步骤3.5、将向量p′_lm存放至一个L×M×(K·N)矩阵的第l行和第m列，得到升采样后的数据矩阵P′_L×M×(K·N)；

步骤4、反向计算近场三维格林函数

以步骤1中初始化的光在空气中传播速度c、自然指数e、虚数单位j、圆周率π、方位向阵元序号l、方位向阵元间隔Δdl、方位向最大孔径D_a、俯仰向阵元序号m、俯仰向阵元间隔Δdm、俯仰向最大孔径D_e、信号中心频率f₀、天线方位图A、三维目标场景空间V′、三维图像像素r′和参考距离R₀作为输入，进行近场三维格林函数的反向计算：

步骤4.1、采用公式R＝[R₀,l·Δdl-D_a/2,m·Δdm-D_e/2]计算得到当前阵元位置向量，记为R；然后，采用公式Rr＝||R-r′||₂计算得到三维目标场景空间V′中的距离历史，记为Rr，其中||·||₂表示向量L2范数；

步骤4.2、遍历三维目标场景空间V′，采用公式计算得到近场三维格林函数，记为G^-1(Rr)；

步骤5、利用三维BP算法进行成像并提取目标反射率分布

以步骤3中得到的数据矩阵P′_L×M×(K·N)和步骤4中得到的近场三维格林函数G^-1(Rr)作为输入，采用三维BP算法进行成像处理，得到被测目标的三维反射率分布，记为δ(r′)；

步骤6、三维图像预处理

以步骤5中得到的三维反射率分布δ(r′)作为输入，采用公式计算得到三维图像预处理结果，记为δ₁(r′)，其中η为步骤1中设定的阈值，maxδ表示δ(r′)中的模的最大值；然后，根据maxδ的图像像素位置将场景中心更新为r′_center；

步骤7、计算投射变换因子

以步骤4中的当前阵元位置向量R、目标场景中心r′_center以及步骤中初始化的光在空气中传播速度c、自然指数e、虚数单位j、圆周率π、信号中心频率f₀、方位方向向量d_l、俯仰方向向量d_m、阵列方位向最大孔径D_a、阵列俯仰向最大孔径D_e和三维图像单元r′作为输入，进行投射变换因子的计算：

步骤7.1、循环遍历三维图像单元r′，采用计算得到当前方位角变量，记为然后，采用计算得到当前俯仰角变量，记为Δθ；

步骤7.2、判断是否满足条件并判断Δθ是否满足条件若上述条件均满足，则进入步骤7.3，若上述条件不满足则终止当前循环并进入步骤8；

步骤7.3、采用公式和公式计算得到姿态角，记为采用公式计算得到沿姿态角方向的修正项，记为然后，采用公式计算得到第一阶段投射变换因子，记为

步骤7.4、采用公式计算得到投射分量，记为然后循环遍历阵元位置，采用公式计算得到第二阶段投射变换因子，记为其中l是步骤1中的方位向阵元序号，m是步骤1中的俯仰向阵元序号；

步骤8、执行三维图像域投射变换并定标RCS值

以步骤6中得到的处理结果δ₁(r′)和步骤7中得到的第一阶段投射变换因子第二阶段投射变换因子作为输入，采用公式计算得到远场外推结果，记为然后，采用公式计算得到被测目标的RCS值，记为