一種復合雙基地雷達進動目標isar圖像橫向定標方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種復合雙基地雷達進動目標ISAR圖像橫向定標方法一一它基于微 動理論、時頻分析、優化理論獲得能反映進動目標實際尺寸的ISAR像。屬于雷達目標特性技 術領域。
【背景技術】
[0002] 復合雙基地雷達指在現有單基地雷達基礎上增加一個接收站，構成兩個視角同時 觀測的雷達系統，即T/R-R雙基地雷達。一個無源接收機的成本比一部完整的雷達低很多， 而獲得的收益很大，無源接收機本身具有反隱身、抗干擾等潛在優勢，而通過兩個視角觀測 的信息融合，能獲得更加豐富、穩定的目標信息，從而提升現有雷達的目標識別能力。
[0003] 逆合成孔徑雷達（ISAR)采用距離壓縮、橫向相干處理可對目標進行二維高分辨成 像，從而獲得目標結構信息，其中一項關鍵技術是橫向定標。對于勻速轉動目標，定標實現 相對容易;對于高速進動的空間目標，目標姿態相對于雷達視線的轉角速度不是均勻的，而 是時變的，傳統的ISAR成像方法不再適用，如果采用時頻分析成像獲得距離-瞬時多普勒圖 像，其橫向分辨率不再是由積累角確定，而是決定于瞬時旋轉速度，給定標增加了難度。金 光虎等人在文獻"基于圖像配準的彈道目標ISAR圖像橫向定標[J]，系統工程與電子技術， 2012，32(12): 2565-2569)"提出了一種基于圖像配準的微動目標ISAR橫向定標方法，證明 了根據兩幅ISAR圖像配準實現橫向定標是可行的，該方法關鍵在于找到單基地雷達所觀測 的進動目標姿態變換差異較大的兩幅圖像，但是實際中目標進動角通常較小，目標的姿態 變化較小，將大大降低其定標可能性和精度。

【發明內容】

[0004] 本發明技術方案的詳細闡述
[0005] 發明目的：本發明的目的在于針對現有進動目標ISAR圖像橫向定標方法的不足， 提出一種復合雙基地雷達進動目標ISAR圖像橫向定標方法。該方法利用T/R-R復合雙基地 雷達同時觀測的兩個視角的距離-瞬時多普勒(RID)像，既易于獲得姿態差異較大的ISAR圖 像，通過圖像配準提高定標精度，又同時獲得了單/雙基地ISAR圖像，使獲得的信息更加豐 富，有利于目標識別。
[0006] 實現本發明的技術方案是，首先建立T/R-R復合雙基地雷達進動目標成像模型，通 過T/R-R復合雙基地雷達同時獲得單/雙基地距離-瞬時多普勒圖像序列，并將橫向按縱向 尺度定標，然后選擇同一時刻的兩幅圖像，提取兩幅圖像中的強散射中心位置，并形成散射 中心對(大于等于兩對），利用圖像配準過程的數學原理構建約束條件下的最優目標函數， 通過迭代求解同時獲得單/雙基地ISAR像的橫向定標系數，最終實現單/雙基地ISAR像的同 時定標。
[0007] 本發明是一種復合雙基地雷達進動目標ISAR圖像橫向定標方法，該方法具體步驟 如下：
[0008] 步驟一:建立進動目標雙基地ISAR成像模型，采用T/R-R復合雙基地雷達模式，同 時獲得單/雙基地雷達的目標一維距離像序列；
[0009] 單基地一維距離像序列可表示為
[0010]
(1)
[0011] 其中，Tp為脈寬，B為帶寬，c為光速，λ為波長，r為距離，τ為慢時間，〇M,i為單基地 RCS，△^^.表不散射中心i偏咼參考相位中心的距咼。
[0012] 雙基地一維距離像序列可表示為
[0013]
(2)
[0014] 其中，〇^為雙基地RCS，Ms.表示散射中心i偏離參考相位中心的距離。
[0015] 步驟二:對單/雙基地雷達目標回波序列采用聯合時頻分布成像方法獲得單/雙基 地RID序列；
[0016] 該單/雙基地RID序列分別表示如下：
[0017]
(3)
[0018]式中的符號說明如下：
[0019] r，f，t分別表示距離、瞬時多普勒、時間，Sm( r，f，t)表示t時刻的單基地RID圖像，SB (r，f，τ)表示t時刻的雙基地RID圖像，SPWVD {}表示對大括號內的函數作平滑偽魏格納視頻 分布處理。
[0020] 步驟三:通過峰值檢測方法提取兩幅單/雙基地RID圖像中的散射中心位置；
[0021] 選擇同一時刻的兩幅單/雙基地RID圖像，要求成像質量越高越好，即盡量選擇圖 像對比度高一些的圖像。然后通過峰值檢測方法，在RID圖像中選擇散射強度過門限的點， 并獲得橫縱坐標。
[0022]步驟四：單/雙基地散射中心配對
[0023] 將提取單/雙基地散射中心進行配對關聯，也就根據目標姿態和散射中心特性或 計算散射中心之間的歐氏距離采用最近鄰法則，從而判斷兩個散射中心對應于目標上的同 一位置；
[0024] 步驟五:選擇兩個配對好的散射中心位置參數求解a，b，Θ△的初值；
[0025] 利用配對好的散射中心滿足的等式條件，構建四個方程，可求解出三個未知數的 一組值，作為后續迭代優化的初始值。
[0026]構建的四個方程為
[0027](4)
、cos"、,
[0028] 式中的符號說明如下：
[0029] a，b，Θ△分別表示，單基地RID像橫向伸縮因子，雙基地RID像橫向伸縮因子和旋轉 角度
分別在圖像A和B中獲得兩個散射中心 對應的坐標。
[0030] 步驟六:建立多個散射中心對的位置參數約束條件下的最優化目標函數，采用高 斯-牛頓法迭代求解得到a，b，Θ △的最優值；
[0031 ]利用N對配對好的散射中心位置參數，可以得到2*N個等式，從而可以構建約束條 件下的最優化目標函數，再利用高斯-牛頓法迭代尋優得到a，b，0△的最優值。
[0032] 最優化目標函數為
[0033]
(5)
[0034] 其中，I I I I表示2范數，Σ表示求和，i = l，2,3----N〇
[0035] 步驟七:根據求解獲得的參數a，b，分別采用比例尸 現 單/雙基地RID圖像的橫向標定。
[0036] 采用本發明技術方案帶來的有益效果：
[0037] 1、本發明在現有單基地雷達基礎上增加一個低成本的接收機，能同時獲得反映目 標真實尺寸的單/雙基地二維ISAR像，獲得更加豐富、穩定的目標信息，拓展了現有雷達的 能力；
[0038] 2、本發明克服了現有單基地雷達橫向定標方法難以對姿態變化幅度小的目標實 現橫向定標的限制；
[0039] 3、本發明克服了現有橫向定標技術不適應于非勻速轉動目標的限制；
[0040] 4、本發明對自旋、擺動、章動等其它微運動目標同樣適用。
【附圖說明】
[0041 ]圖1為本發明的總體流程圖。
[0042]圖2為本發明建立的進動目標ISAR成像模型。
[0043]圖3為本發明橫向定標原理不意圖。
[0044]圖4a為本發明定標如單基ISAR像不意圖。
[0045]圖4b為本發明定標前雙基地ISAR像示意圖。
[0046]圖5a為本發明定標后單基地ISAR像示意圖。
[0047] 圖5b為本發明定標后雙基地ISAR像示意圖。
[0048] 圖6為現有方法單基地ISAR定標結果不意圖。
[0049] 圖中符號說明如下：
[0050]圖2中，參考坐標系為0-ΧΥΖ，坐標原點0位于目標質心，目標本地坐標系為(/-xyz， 位于錐體底面圓心。γ τ為T/R站視線俯仰角，RT為T/R站與質心的距離，ΦΚ和γ R分別為R 站視線方位角和俯仰角，Rr為R站到質心的距離，β為T/R站視線與R站視線的夾角（即雙基地 角），Φο和Θ(即進動角）分別為目標軸線對應的初始方位角和俯仰角，h為目標長度，r為底 面半徑，b為0 之間的長度，θ τ為T/R站視線與目標軸夾角，0r*R站視線與目標軸夾角，ω 為進動角速度。A、Β、C為T/R站觀測的散射中心，A、D、Ε為R站觀測的散射中心。
[0051 ]圖3中，（XM，yM)和(XB，yB)分別在單基地RID像和雙基地RID像中散射中心對應的坐 標，（X，y)為(XM，yM)和(XB，yB)分別進行伸縮和旋轉后在定標后圖像中對應的坐標。 5、具體實施方案
[0052] 圖1為本發明的總體流程圖。為了更好地理解本發明的技術方案，以下結合附圖對 本發明的實施方式作進一步描述。
[0053] 步驟一:建立進動目標雙基地ISAR成像模型，采用T/R-R復合雙基地雷達模式，同 時獲得單/雙基地雷達的目標一維距離像序列
[0054] 如圖2所示，單基地雷達T/R站位于Tx，雙基地接收站R位于Rx，旋轉對稱錐體目標后 向散射特性主要由三個散射中心(A，B，C)貢獻，B，C為T/R站視線與目標軸構成的平面與圓 錐底面邊緣的交點，而圓錐目標雙基地散射特性主要由三個散射中心(A，D，E)貢獻，D，E為 雙基地角平分線與目標軸構成的平面與圓錐底面邊緣的交點。通常情況下T/R站和雙基地 接收站R所觀測的散射中心位置不同。建立如圖2所示的直角坐標系，其中參考坐標系為0-XYZ，坐標原點0位于目標質心，0Z與目標的進動軸重合，0X軸位于雷達視線和進動軸構成的 平面內，0Y與〇X，〇Z構成右手直角坐標系；目標本地坐標系為<y-xyz，<y位于錐體底面圓心， (/ z軸與目標對稱軸重合，(/ X軸沿(/ B方向，(/ y與χ,Ο' z構成右手直角坐標系。T/R站視線 俯仰角為γτ(短觀測時間內近似不變），T/R站雷達與質心的距離為RT，R站視線方位角和俯 仰角分別為Φ R和γ R(短觀測時間內近似不變），R站到質心的距離為Rr，T/R站視線與R站視 線的夾角為β(即雙基地角），目標軸線對應的初始方位角和俯仰角分別為Φ〇和θ(即進動 角），目標長度為h，底面半徑為r，|0(/ | =b。
[0055] T/R站視線與目標軸夾角滿足：
[0056] cos0t=cos9cos γ T+sinBsin γ τ cos( ω t+ Φ ο) (6)
[0057] R站視線與目標軸夾角滿足：
[0058] cos9r = cos9cos γ R+sin0sin γ r cos( ω t+ Φ 〇- Φ r) (7)
[0059] 雙基地角β滿足
[0060] cos0 = cos γ τ cos γ R+sin γ τ sin γ rcos Φ r (8)