一種基于isar圖像的多散射點(diǎn)微動(dòng)提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種基于ISAR圖像的多散射點(diǎn)微動(dòng)提取方法，屬于信號(hào)處理技術(shù)領(lǐng) 域。
【背景技術(shù)】
[0002] 微動(dòng)可W定義為除了目標(biāo)整體運(yùn)動(dòng)(平動(dòng))之外的某部件的機(jī)械運(yùn)動(dòng)。微動(dòng)在頻譜 上的體現(xiàn)是微多普勒現(xiàn)象，即目標(biāo)主體運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的多普勒頻率附近會(huì)存在旁瓣，稱為微 多普勒。微動(dòng)成分中包含目標(biāo)的細(xì)微特征，運(yùn)些特征(旋轉(zhuǎn)頻率、旋轉(zhuǎn)半徑等)對(duì)目標(biāo)識(shí)別有 很大的應(yīng)用價(jià)值，因此存在微動(dòng)結(jié)構(gòu)的雷達(dá)目標(biāo)特征分析已經(jīng)引起了研究人員的廣泛關(guān) 注。
[0003] 逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)是一種高分辨的成像雷達(dá)，通過對(duì)目標(biāo)平動(dòng)補(bǔ)償和自聚焦 的方法，可W獲取非合作目標(biāo)的距離-多普勒二維圖像即ISAR圖像。在雷達(dá)回波中，微動(dòng)相 關(guān)的回波很弱，尤其在微動(dòng)幅度很小或者目標(biāo)整體運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償效果不好的時(shí)候，如何提取散 射點(diǎn)微動(dòng)信息一直是研究難點(diǎn)。時(shí)頻分析是一種研究微動(dòng)的重要工具，對(duì)某距離單元內(nèi)的 信號(hào)作時(shí)頻變換可W觀察信號(hào)時(shí)頻分布特性，但是當(dāng)實(shí)際的微動(dòng)頻率很小時(shí)，從各散射點(diǎn) 的時(shí)頻分布特性也無法分辨出微動(dòng)分量。而且，當(dāng)同一個(gè)距離單元內(nèi)，存在多個(gè)散射點(diǎn)的回 波信號(hào)時(shí)，在時(shí)頻圖上各散射點(diǎn)的時(shí)頻分布交織在一起更難W分辨。
[0004] 因此，為了解決ISAR圖像中同一個(gè)距離單元內(nèi)存在多個(gè)散射點(diǎn)回波的微動(dòng)分析問 題，且微動(dòng)頻率很?。ㄐ∮?0化）幅度很小，同時(shí)為了使用合理的數(shù)學(xué)模型和參數(shù)估計(jì)方法 提取微動(dòng)頻率，提出了基于ISAR圖像的多散射點(diǎn)微動(dòng)分析方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的缺陷，提出了一種基于ISAR圖像的多散射點(diǎn)微動(dòng)提 取方法，該方法能夠處理ISAR圖像中同一距離單元存在多個(gè)散射點(diǎn)回波且微動(dòng)頻率很小 (小于lOHz)及幅度很小的情況。
[0006] 實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的技術(shù)方案如下：
[0007] -種基于ISAR圖像的多散射點(diǎn)微動(dòng)提取方法，包括W下步驟：
[000引步驟S1，選取ISAR圖像的同一距離單元內(nèi)的多個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)；
[0009] 步驟S2,用加窗的方式提取每一強(qiáng)散射點(diǎn)的頻域信號(hào)，并將其變換為時(shí)域信號(hào)；
[0010] 步驟S3,提取時(shí)域信號(hào)的相位，根據(jù)最小二乘法，用Ξ階多項(xiàng)式擬合轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的 相位變化曲線，利用所述相位變化曲線對(duì)時(shí)域信號(hào)相位進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償后得到微動(dòng)相位變化 曲線，進(jìn)一步根據(jù)所述相位變化曲線獲得轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)；
[0011] 步驟S4，對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)，采用余弦相位模型，利用模擬退火算法，估計(jì) 微動(dòng)頻率。
[0012] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟S2的具體過程為：
[001引步驟S21，針對(duì)第k個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)，構(gòu)造窗函數(shù)向量Windowk，窗函數(shù)的中屯、為fk，主瓣 包括區(qū)間[fk-10，fk+10]，k=l，2…K，其中K為所提取的強(qiáng)散射點(diǎn)的總數(shù)，fk為第k個(gè)強(qiáng)散射 點(diǎn)的多普勒頻率；
[0014] 步驟S22,加窗提取第k個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)的頻域信號(hào)S ,即S, 傑?,其 中，符號(hào).*表示兩個(gè)向量的對(duì)應(yīng)元素點(diǎn)乘；
[0015] 步驟S23,將第k個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)的頻域信號(hào)變換為時(shí)域信號(hào)Sk。
[0016] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟S3的具體過程為：
[0017] 步驟S31:提取第k個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)Sk的相位Pk;
[0018] 步驟S32:根據(jù)最小二乘法，用Ξ階多項(xiàng)式擬合轉(zhuǎn)動(dòng)所引起的相位，得到擬合曲線 Qk，
[0019] Qk = ao+ait+a2t2+a3t3，t = 0，PRT，. . .，（N-1)PRT，PRT為ISAR圖像方位向采樣間隔；
[0020] 步驟S33 :轉(zhuǎn)動(dòng)相位補(bǔ)償?shù)玫轿?dòng)相位變化曲線PMicr。，即PMicro = Pk-Qk，而微動(dòng)對(duì)應(yīng) 的回波數(shù)據(jù)表示為
[0021] 進(jìn)一步地，本發(fā)明所述步驟S4的具體過程為：
[0022] 步驟S41，設(shè)置初始溫度tl，溫度終止闊值tthreshDld，馬爾科夫鏈長(zhǎng)L，初始解
，初始為循環(huán)次數(shù)i = l，代價(jià)函數(shù)C( Γ )為
[0023]
[0024] PRT為ISAR圖像方位向的采樣間隔，N是方位向采樣點(diǎn)數(shù)，SMicr。(η)表示SMicr。的第η 個(gè)元素；
[0025] 步驟542，在初始解Γ <^的鄰域內(nèi)選擇新解Γ 1，若(：（Γ i)>C( Γ ，則將Γ 1的值賦予 γΛ若C( ri)<C( Γ〇)，則在區(qū)間[0，U選取一個(gè)隨機(jī)數(shù)Random,若e邱[-(c( r0)-C( Γ?))/ ti] >Random，則將Γ 1的值賦予Γ °，否則Γ °的值不變；
[00%]步驟S43,重復(fù)步驟S42的過程L次，并記錄L次過程中使得目標(biāo)函數(shù)最優(yōu)的解；
[0027] 步驟S43,令外循環(huán)的次數(shù)i加一，更新溫度*1 = 0.95*1-1，重復(fù)步驟542和543，直至 溫度ti小于所設(shè)的闊值tthreshold ;
[0028] 步驟S44,從各溫度所對(duì)應(yīng)的最優(yōu)解中選取最大值Γ Dpt，由此得到微動(dòng)頻率估計(jì)值 f Micro- Γ opt ( 2 ),即 Γ opt 的束二個(gè)兀素。
[00巧]有益效果：
[0030] 本發(fā)明提出一種基于ISAR圖像的多散射點(diǎn)微動(dòng)提取方法，W加窗的方式提取單個(gè) 強(qiáng)散射點(diǎn)的回波，補(bǔ)償?shù)艮D(zhuǎn)動(dòng)所引起的相位分量后，得到微動(dòng)相位變化曲線，轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償后的 數(shù)據(jù)可視為微動(dòng)對(duì)應(yīng)的回波數(shù)據(jù)，用余弦模型近似表示，模擬退火算法估計(jì)出模型中的參 數(shù)。該方法可W快速有效地提取出多散射點(diǎn)的微動(dòng)頻率，具有廣泛的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0031] 圖1是本發(fā)明的流程示意圖；
[0032] 圖2是本發(fā)明的飛機(jī)ISAR圖和選取的機(jī)頭散射點(diǎn)示意圖；
[0033] 圖3是本發(fā)明的飛機(jī)機(jī)頭散射點(diǎn)的微動(dòng)相位變化曲線；
[0034] 圖4是本發(fā)明的飛機(jī)ISAR圖和選取的發(fā)動(dòng)機(jī)散射點(diǎn)示意圖；
[0035] 圖5是本發(fā)明的飛機(jī)發(fā)動(dòng)機(jī)散射點(diǎn)的微動(dòng)相位變化曲線。
【具體實(shí)施方式】
[0036] 為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合具體實(shí)施例，并參照 附圖，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0037] 如圖1所示，本發(fā)明一種基于ISAR圖像的多散射點(diǎn)微動(dòng)提取方法，包括W下步驟：
[0038] 步驟S1，選取ISAR圖像的某距離單元內(nèi)的幾個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)；
[0039] 所述ISAR圖像是目標(biāo)的距離-多普勒二維圖像，可表示為N行Μ列的矩陣，行表示方 位向（即多普勒頻域），列表示距離向，距離單元可視作ISAR圖像矩陣的某一列，記作 Rangecell，后續(xù)的分析即是針對(duì)Rangecell。
[0040] 所述步驟S1的具體過程為：
[0041 ] 步驟S11，設(shè)定闊值Τ'虹eshold;
[0042] 步驟S12,將所選定的距離單元Rangecell的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)按幅值排序，設(shè)有K個(gè)值大于 所設(shè)闊值化reshold，將Rangecell內(nèi)幅度大于闊值Threshold的復(fù)數(shù)數(shù)據(jù)記為fi，f2, ...， 時(shí)，其對(duì)應(yīng)K個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)。
[0043] 步驟S2,用加窗的方式提取每一強(qiáng)散射點(diǎn)的頻域信號(hào)，并將其變換為時(shí)域信號(hào)；
[0044] 該步驟的具體過程為：
[0045] 步驟S21，針對(duì)第k個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)，構(gòu)造窗函數(shù)向量Windowk，窗函數(shù)的中屯、為fk，主瓣 包括區(qū)間[ft-10，fk+10]，k=l，2…K;
[0046] 步驟S22,加窗提取第k個(gè)散射點(diǎn)的頻域信號(hào)^ ,即S/t =i?a?咨eaWAWiMw;，其 中，符號(hào).*表示兩個(gè)向量的對(duì)應(yīng)元素點(diǎn)乘；
[0047] 步驟S23,將第k個(gè)散射點(diǎn)的頻域信號(hào)Sf,變換到時(shí)域信號(hào)Sk，即
IFFT為逆傅里葉變換。
[004引步驟S3,提取時(shí)域信號(hào)Sk的相位，根據(jù)最小二乘法，用Ξ階多項(xiàng)式擬合轉(zhuǎn)動(dòng)所引起 的相位變化曲線，利用所述相位變化曲線對(duì)時(shí)域信號(hào)進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償后得到微動(dòng)相位變化曲 線，進(jìn)一步根據(jù)所述相位變化曲線獲得轉(zhuǎn)動(dòng)補(bǔ)償后的回波數(shù)據(jù)；
[0049] 所述步驟S3的具體過程為：
[0050] 步驟S31:提取第k個(gè)強(qiáng)散射點(diǎn)的時(shí)域信號(hào)Sk的相位Pk;