[发明专利]一种进动锥体的三维成像方法

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。

主权项

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S_est，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-方位慢时间域回波所述相位补偿项F=exp(j4π(f_c+f)Mv₀/c)，其中，j为虚数单位，f_c为载频，f为距离频率，v₀为盲速，c为光速，距离频率γ为距离调频率，为距离快时间，R_ref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-方位慢时间域回波取模值后进行Radon变换，得到Radon变换图像I₀，根据Radon变换图像I₀的幅度与角度之间的对应关系，记录Radon变换图像I₀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M_est，将由该多普勒中心模糊数估计值M_est构成的相位补偿项F_est＝exp(j4π(f_c+f)M_estv₀/c)与步骤1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S_est；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S_est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Q=exp(-j4πc(f+fc)(A1sin(ωcf1τfc+f)+A2cos(ωcf1τfc+f))),]]>将匹配函数Q与步骤3a得到的尺度变换后的回波S’相乘，然后进行二维逆傅里叶变换，得到距离-方位域图像I₁；其中，A₁为第一随机搜索变量，A₁∈[a₁,b₁]，A₂为第二随机搜索变量，A₂∈[a₂,b₂]，ω_c为目标的进动频率，f₁＝f_c-B/2，为虚拟时间，B为信号带宽，t为方位慢时间；步骤3c、利用距离-方位域图像I₁估计目标的剩余速度v′＝(r_a-N_a/2)×c/2T_af₁，其中，r_a为距离-方位域图像I₁中图像峰值点的横坐标，N_a为方位回波数，T_a为方位积累时间；步骤3d、计算目标速度估计值v_est＝M_estv₀+v′，其中，M_est为多普勒中心模糊数估计值，v₀为盲速，v’为目标的剩余速度；步骤3e、构造补偿函数P＝exp(-j4π(f_c+f)v_est/c)，将补偿函数P与步骤1得到的回波S相乘，然后沿距离频率维进行逆傅里叶变换，得到平动校正后回波S₀；步骤4、构造不同的曲线，对平动校正后回波S₀进行相参积累，并对微动参数进行联合估计，具体步骤如下：步骤4a、构造锥顶散射中心成像的积分路径r：r＝A₃sin(ω_ct)+A₄cos(ω_ct)+A₅，其中，A₃为第一搜索变量，A₃∈[a₃,b₃]，A₄为第二搜索变量，A₄∈[a₄,b₄]，A₅为第三搜索变量，A₅∈[a₅,b₅]，ω_c为目标的进动频率，t为方位慢时间；步骤4b、以第一步进量l₁遍历A₃、A₄,、A₅所有取值构成的集合(A₃,A₄,A₅)，沿锥顶散射中心成像的积分路径r对步骤3e得到的平动校正后回波S₀进行积分，得到锥顶散射中心的三维图像I₂；I₂＝∫S₀e^-j4πr/λdt，其中，∫(·)表示积分运算操作，S₀为平动校正后回波，j为虚数单位，λ为信号波长，dt为积分变量；步骤4c、重构锥顶散射中心的瞬时斜距变化曲线r^=A^3sin(ωct)+A^4cos(ωct)+A^5,]]>其中，为锥顶散射中心的三维图像I₂中峰值点对应的搜索变量组合；步骤4d、设定由锥顶散射中心的第三维坐标z_top和回波整体平移量R组成的可选参数对集合{(z_top,R)}，第三维坐标z_top∈[a_top,b_top]，回波整体平移量R∈[a_R,b_R]]；步骤4e、对可选参数对(z_top,R)按照下述方程对锥顶散射中心的瞬时斜距变化曲线进行拟合，计算出与可选参数对(z_top,R)对应的目标进动角估计值雷达视线方位角估计值以及雷达视线俯仰角估计值A^3=sinα^cztopcosα^cosβ^A^4=sinα^cztop(sinα^csinβ^-cosα^ccosβ^sinα^)A^5=ztop(cos2α^csinβ^+sinα^ccosα^ccosβ^sinα^)+R;]]>步骤4f、根据目标进动角估计值雷达视线方位角估计值以及雷达视线俯仰角估计值构造其它散射中心成像的积分路径r₁：r1=A6sin(ωst)+A7cos(ωst)+A^3ztopzsin(ωct)+A^4ztopzcos(ωct)+A^5-Rztopz+R,]]>A6=(sinα^ccosα^csinβ^+sin2α^ccosβ^sinα^)x]]>+(sinα^cysinβ^-cosα^cycosβ^sinα-cosα^cxcosα^cosβ^)sin(ωct),]]>+(-sinα^ccosα^cxsinβ^+cos2α^cxcosβ^sinα^-ycosα^cosβ^)cos(ωct)]]>A7=(sinα^ccosα^csinβ^+sin2α^ccosβ^sinα)y]]>+(-sinα^cxsinβ^+cosα^cxcosβ^sinα^-cosα^cycosα^cosβ^)sin(ωct),]]>+(-sinα^ccosα^cysinβ^+cos2α^cycosβ^sinα^+xcosα^cosβ^)cos(ωct)]]>其中，x,y,z为锥顶散射中心的三维坐标搜索值，x∈[a₆,b₆]，y∈[a₇,b₇]，z∈[a₈,b₈]，ω_c为目标的进动频率，ω_s为目标的自旋频率，t为方位慢时间，为锥顶散射中心的三维图像I₂中峰值点对应的搜索变量组合，z_top为锥顶散射中心的第三维坐标，R为回波整体平移量；步骤4g、以第二步进量l₂遍历三维坐标搜索值x,y,z所有取值构成的集合(x,y,z)，沿其它散射中心成像的积分路径r₁对平动校正后回波S₀进行积分，得到其它散射中心的三维图像I₃；I3=∫S0e-j4πr1/λdt,]]>其中，∫(·)表示积分运算操作，S₀为平动校正后回波，j为虚数单位，λ为信号波长，dt为积分变量；记录其它散射中心的三维图像I₃的图像幅度最大值以及与该其它散射中心的三维图像I₃对应的可选参数对(z_top,R)和角度估计值组合步骤4h、返回步骤4e，以第三步进量l₃遍历可选参数对集合{(z_top,R)}，记录与所有其它散射中心的三维图像I₃的图像幅度最大值，以及与前述所有其它散射中心的三维图像I₃对应的可选参数对角度估计值组合比较所有其它散射中心的三维图像I₃的图像幅度最大值，将图像幅度最大值数值最大的其它散射中心的三维图像I₃所对应的可选参数对作为位置准确值(z′_top,R′)，对应的角度估计值组合作为角度准确值步骤5、三维成像，获得目标图像；步骤5a、将位置准确值(z′_top,R′)、角度准确值坐标准确值代入步骤4f构造的其它散射中心成像的积分路径r₁，更新所述其它散射中心成像的积分路径r₁；步骤5b、以第二步进量l₂遍历三维坐标搜索值x,y,z所有取值构成的集合(x,y,z)，对平动校正后回波S₀沿更新后的其它散射中心成像的积分路径r₁进行积分，得到最终的其它散射中心的三维图像I₄，I4=∫S0e-j4πr1/λdt,]]>其中，∫(·)表示积分运算操作，S₀为平动校正后回波，j为虚数单位，λ为信号波长，dt为积分变量；在三维坐标系中标出其它散射中心的三维图像I₄的峰值点对应的三维坐标，同时标出锥顶散射中心的三维图像I₂的峰值点的三维坐标，得到进动锥体目标的三维图像。