申请/专利权人：哈尔滨工业大学

申请日：2021-08-10

公开（公告）日：2024-03-15

公开（公告）号：CN113625276B

主分类号：G01S13/90

分类号：G01S13/90;G01S7/41

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.15#授权;2021.11.26#实质审查的生效;2021.11.09#公开

摘要：基于进动特征提取的空间锥体目标ISAR三维成像方法，本发明涉及空间锥体目标ISAR三维成像方法。本发明的目的是为了解决现有空间锥体目标进动特征提取和ISAR三维成像的方法需要多部雷达资源，计算过程复杂；以及参数搜索计算量较大，搜索结果可能不唯一的问题。过程为：步骤一、获得不同角度的目标慢时间‑距离像；获得目标自旋角速度和锥旋角速度；步骤二、进动空间锥体目标锥顶散射点在目标慢时间‑距离像平面产生的微动曲线为正弦曲线；步骤三、建立非线性方程组；步骤四、获得未知数，进而估计目标自旋、锥旋单位矢量；步骤五、获得目标的三维图像，成像结果反应目标的结构尺寸和空间姿态。本发明用于雷达技术领域。

主权项：1.基于进动特征提取的空间锥体目标ISAR三维成像方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、采用雷达1和雷达2两部雷达对进动空间锥体目标进行观测，获得锥体目标雷达回波，对锥体目标雷达回波先进行脉冲压缩，再进行运动补偿，获得不同角度的目标慢时间-距离像Sfr,tm；采用曲线分离技术和自相关方法获得目标自旋角速度Ωs和锥旋角速度Ωc；步骤二、进动空间锥体目标锥顶散射点在目标慢时间-距离像Sfr,tm平面产生的微动曲线为正弦曲线aisinΩctm+bi+di，利用iRadon变换分别对步骤一中雷达1和雷达2的目标慢时间-距离像Sfr,tm估计正弦曲线参数幅度ai、相位bi、偏置di；i＝1,2表示雷达1和雷达2；步骤三、建立进动空间锥体目标ISAR成像模型，推导锥顶散射点微动正弦曲线aisinΩctm+bi+di参数幅度ai、相位bi、偏置di与目标进动特征自旋角速度单位矢量目标锥旋角速度单位矢量的关系，根据步骤二中iRadon变换对雷达1和雷达2目标慢时间-距离像平面上正弦曲线的参数估计结果{ai,bi,di}以及自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{ai,bi,di}的关系，i＝1,2表示雷达1和雷达2，建立非线性方程组；步骤四、利用拟Newton法求解步骤三中建立的非线性方程组，获得未知数{r′P,θ′P,z′P,αc,βc}，进而估计目标自旋、锥旋单位矢量所述，r′P为锥顶散射点柱坐标形式中的极径，θ′P为锥顶散射点柱坐标形式中的极角，z′P为锥顶散射点柱坐标形式中的高度，αc和βc分别为锥旋矢量在目标坐标系中的方位角和仰角；步骤五、根据步骤四获得的目标自旋、锥旋角速度单位矢量和步骤一估计的目标自旋、锥旋角速度{Ωs,Ωc}，确定进动空间锥体目标不同位置散射点x,y,z在慢时间-距离像Sfr,tm平面上的微动曲线，利用广义Radon变换对目标慢时间-距离像Sfr,tm平面上的微动曲线路径进行积分，获得目标的三维图像SGRTx,y,z，成像结果反应目标的结构尺寸和空间姿态；所述步骤二中利用iRadon变换分别对步骤一中雷达1和雷达2的目标慢时间-距离像Sfr,tm估计正弦曲线参数幅度ai、相位bi、偏置di；具体过程为： 其中，SRLfr,tm表示目标的慢时间-距离像Sfr,tm经过在距离域Ram-Lak滤波器滤波后的结果，fr表示距离，tm表示慢时间，SIRTa,b,d为目标的慢时间-距离像Sfr,tm平面上幅度搜索变量a、相位搜索变量b、偏置搜索变量d的正弦曲线的iRadon变换值，Ωc为目标的锥旋角速度；雷达1和雷达2的目标慢时间-距离像Sfr,tm平面上正弦曲线的参数可以通过SIRTa,b,d的最大值位置估计 所述步骤三中建立进动空间锥体目标ISAR成像模型，推导锥顶散射点微动正弦曲线aisinΩctm+bi+di参数幅度ai、相位bi、偏置di与目标进动特征自旋角速度单位矢量目标锥旋角速度单位矢量的关系，根据步骤二中iRadon变换对雷达1和雷达2目标慢时间-距离像平面上正弦曲线的参数估计结果{ai,bi,di}以及自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{ai,bi,di}的关系，i＝1,2表示雷达1和雷达2，建立非线性方程组；具体过程为：在目标坐标系O-XYZ中，锥顶散射点在慢时间-距离像上产生的微动曲线为 其中，Rc为目标锥旋矩阵，为锥顶散射点在目标坐标系中的坐标，为雷达视线单位矢量；I3为3×3的单位阵，为目标锥旋角速度单位矢量的反对称矩阵，αc和βc分别为锥旋矢量在目标坐标系中的方位角和仰角，·T表示矩阵的转置，α和β分别为雷达视线在雷达坐标系Q-UVW中的方位角和仰角；在目标的锥旋角速度Ωc和雷达视线单位矢量已知的情况下，锥顶散射点在慢时间-距离像上产生的微动曲线由锥顶散射点在目标坐标系中的坐标和目标锥旋角速度单位矢量确定，而目标锥顶散射点位置位于目标的自旋轴上，目标锥顶散射点位置表示自旋角速度单位矢量||·||表示向量的模；建立中间坐标系O-X′Y′Z′，确定目标进动特征自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{ai,bi,di}的关系；根据步骤二中iRadon变换对雷达1和雷达2目标慢时间-距离像平面上正弦曲线的参数估计结果{ai,bi,di}以及自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{ai,bi,di}的关系，i＝1,2表示雷达1和雷达2，建立非线性方程组 其中，αi和βi分别为第i部雷达视线的方位角和仰角；所述建立中间坐标系O-X′Y′Z′，确定目标进动特征自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{ai,bi,di}的关系；具体过程为：中间坐标系与目标坐标系的原点重合，中间坐标系坐标轴单位矢量满足： 其中，为目标坐标系Z轴单位矢量，目标锥顶散射点在中间坐标系中的坐标可由经过变换获得 其中，RT为变换矩阵；x,y,z为进动空间锥体目标不同位置散射点；在中间坐标系中，锥顶散射点在慢时间-距离像上产生的微动曲线可以表示为 其中，R′c为目标在中间坐标系中的锥旋矩阵，为锥顶散射点在中间坐标系中的坐标，·T表示转置，r′P为锥顶散射点柱坐标形式中的极径，θ′P为锥顶散射点柱坐标形式中的极角，z′P为锥顶散射点柱坐标形式中的高度，Ar为正弦曲线幅度分量，为正弦曲线相位分量，Az为正弦曲线偏置分量；获得锥顶散射点在慢时间-距离像平面产生的微动正弦曲线参数和未知数{r′P,θ′P,z′P,αc,βc}的关系；所述目标在中间坐标系中的锥旋矩阵R′c、正弦曲线幅度分量Ar、正弦曲线相位分量正弦曲线偏置分量Az表达式为： 其中，ε表示锥旋角速度单位矢量与雷达视线的夹角。

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