[發(fā)明專利]基于子孔徑GRFT的低信噪比下參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償快速方法

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• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202011080652.2
• 申請(qǐng)日: 2020-10-11
• 公開（公告）號(hào): CN112327301A
• 公開（公告）日: 2021-02-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 丁澤剛;劉思源;尤鵬杰;王巖;曾濤
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 北京理工大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 北京理工大學(xué)專利中心 11120
• 代理人: 代麗

本發(fā)明公開了一種基于子孔徑GRFT的低信噪比下參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償快速方法。本發(fā)明方法將總時(shí)間劃分為多個(gè)子孔徑，通過在子孔徑內(nèi)實(shí)現(xiàn)基于快速傅里葉變換(FFT)的動(dòng)目標(biāo)檢測(MTD)方法、在子孔徑間實(shí)現(xiàn)GRFT的方法快速地估計(jì)目標(biāo)平動(dòng)參數(shù)。此外，在進(jìn)行GRFT時(shí)，通過結(jié)合PSO，進(jìn)一步加速低信噪比下的平動(dòng)參數(shù)估計(jì)過程。本發(fā)明能夠在低信噪比下快速地實(shí)現(xiàn)平動(dòng)參數(shù)估計(jì)與平動(dòng)補(bǔ)償，獲得二維ISAR圖像。本發(fā)明在運(yùn)算效率與圖像質(zhì)量之間取得了更好的平衡。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及逆合成孔徑雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于子孔徑GRFT的低信噪比下參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償快速方法。

背景技術(shù)

逆合成孔徑雷達(dá)(ISAR)可以對(duì)非合作目標(biāo)提供全天時(shí)、全天候的成像，獲得目標(biāo)豐富的特征信息，在許多領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。目標(biāo)與雷達(dá)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以分為平動(dòng)和轉(zhuǎn)動(dòng)，其中相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)提供合成孔徑，通過相參處理可以獲得二維距離-多普勒?qǐng)D像；而平動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致回波信號(hào)包絡(luò)的偏移和相位的冗余調(diào)制，使得成像結(jié)果嚴(yán)重散焦。因此，平動(dòng)補(bǔ)償是ISAR成像中至關(guān)重要的一步。

非參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償分為包絡(luò)對(duì)齊和自聚焦兩步。包絡(luò)對(duì)齊利用回波之間的相關(guān)性，通過迭代逐次計(jì)算互相關(guān)函數(shù)最大時(shí)對(duì)應(yīng)的包絡(luò)偏移量，并利用其進(jìn)行包絡(luò)校正。當(dāng)包絡(luò)完全對(duì)齊后，自聚焦進(jìn)行后續(xù)的相位校正。自聚焦包括基于圖像中強(qiáng)散射點(diǎn)相位信息的相位梯度自聚焦(PGA)方法，也包括基于圖像質(zhì)量的最小熵(MEA)和最大對(duì)比度(MCA)方法。但是，上述的非參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償方法多依賴于強(qiáng)散射點(diǎn)，當(dāng)單脈沖壓縮后的信噪比(SNR)低于10dB時(shí)，受到噪聲的影響，包絡(luò)對(duì)齊方法的性能下降，影響后續(xù)自聚焦的效果，此時(shí)非參數(shù)化方法失效，需要考慮參數(shù)化方法。

對(duì)于參數(shù)化補(bǔ)償方法，平動(dòng)參數(shù)估計(jì)的精確性決定了方法的性能。目前，參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償方法大致分為兩類：第一類將包絡(luò)和相位分別擬合為多項(xiàng)式并估計(jì)參數(shù)，這種方法運(yùn)算量大，且當(dāng)單脈沖壓縮的信噪比低于10dB時(shí)，參數(shù)估計(jì)精度嚴(yán)重下降。第二類將包絡(luò)與相位擬合為同一多項(xiàng)式，其中，PSO-IQEM方法與啟發(fā)式搜索的粒子群優(yōu)化方法(PSO)結(jié)合，將圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)指標(biāo)(通常采用圖像的熵值、對(duì)比度和最大峰值)作為參數(shù)估計(jì)的目標(biāo)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)了在極低信噪比下(多脈沖相參積累后的信噪比僅為16dB)較好的參數(shù)估計(jì)性能，但每次迭代的運(yùn)算量巨大。此外，基于目標(biāo)檢測思路和廣義瑞登傅里葉變換(GRFT)方法的參數(shù)化成像方法GRFT-ISAR，由于需要遍歷參數(shù)空間中所有可能的平動(dòng)參數(shù)，運(yùn)算量也是巨大的。因此，目前參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償方法仍存在運(yùn)算量較大的問題。

發(fā)明內(nèi)容

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種基于子孔徑GRFT的低信噪比下參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償快速方法，能夠在低信噪比下快速地實(shí)現(xiàn)平動(dòng)參數(shù)估計(jì)與平動(dòng)補(bǔ)償，獲得二維ISAR圖像。

本發(fā)明的基于子孔徑GRFT的低信噪比下參數(shù)化平動(dòng)補(bǔ)償快速方法，包括如下步驟：

步驟1，將目標(biāo)的平動(dòng)模型化為N階多項(xiàng)式形式；進(jìn)行子孔徑劃分，其中，雷達(dá)回波在子孔徑內(nèi)不存在跨距離單元、跨多普勒單元現(xiàn)象；

步驟2，對(duì)每個(gè)子孔徑進(jìn)行基于快速傅里葉變換的動(dòng)目標(biāo)檢測；

步驟3，計(jì)算子孔徑間的GRFT結(jié)果，并結(jié)合PSO加速參數(shù)搜索進(jìn)程，獲得目標(biāo)平動(dòng)模型的參數(shù)的估計(jì)矢量；

步驟4，利用步驟3獲得的參數(shù)的估計(jì)矢量進(jìn)行平動(dòng)補(bǔ)償，獲得低信噪比下的二維ISAR圖像

較優(yōu)的，所述步驟1中，子孔徑劃分時(shí)，子孔徑的積累時(shí)間T_d滿足：

其中，f_s是采樣頻率，c為光速，a₁為速度，a₂為加速度，Δ_ARU為距離單元，Δ_ADU為多普勒單元。