CN108318879B - 基于iaa谱估计技术的isar图像横向定标方法 - Google Patents

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Abstract

基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，本发明涉及逆合成孔径雷达成像的横向定标方法。本发明的目的是为了解决现有方法估计出的目标转速不准确，导致ISAR横向定标精度低，给后续的目标识别、三维重构带来不便的问题。一、得到转台目标的ISAR成像回波数据，计算所有J个距离门回波的归一化幅度方差，选择方差最小的M个距离门回波信号；二、得到频谱加窗的长度，窗型为矩形窗；三、得到预处理后的M个距离门回波信号；四、得到M个去斜信号的角频率估计值；五、求出等效转台目标转动角速度的估计值；六、计算ISAR像的横向尺度，按横向尺度重新绘制ISAR像，完成ISAR图像的横向定标。本发明用于雷达成像领域。

Description

基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法
技术领域
本发明涉及逆合成孔径雷达成像的横向定标方法。
背景技术
ISAR成像技术能够获得舰船、飞机、卫星等目标的高分辨二维像。距离向高分辨由发射信号的大带宽获得，在不改变发射信号带宽的情况下是个已知的定量；而其方位向(横向)分辨能力通过多普勒分析获得，因此横向单元尺度由多普勒频域的分辨率决定，且随着目标转速、积累时长的不同而改变。所以二维ISAR像只能反映散射点在方位向的相对位置。为了后续的目标识别、三维重构等处理，需要对二维像进行横向定标，确定尺度大小。
对于非合作目标，在决定横向分辨率的诸多因素中，只有目标转速是雷达事先不知道的，因此横向定标实质上是从回波中提取目标的转速信息。目标的转动使同一散射点的回波沿慢时间近似表现为线性调频信号，转速信息就蕴藏在信号的调频斜率中，所以估计出此调频斜率，就可以得到目标转动角速度，进而计算出横向分辨率。
目前估计慢时间调频率的参数化方法主要有解线调频法、FrFT法、DPT法、RWT及RAT法等。解线调频法在一定的调频率搜索范围内，构造一系列参考信号对目标信号进行解调频处理，而后求其频谱峰值，以最大峰值对应的参考信号调频率作为估计值；FrFT法对目标信号进行p阶傅里叶变换，通过改变阶数p控制变换方向与时间轴的夹角，当此夹角与信号调频斜率对应夹角一致时，分数阶傅里叶变换将出现最大峰值，根据此时的阶数p即可计算出调频率的估计值；DPT法类似解线调频法，不过参考信号变为目标信号的τ延迟，省去了搜索步骤，但精度进一步下降；RWT和RAT法类似FrFT法，分别利用LFM信号的Wigner分布或模糊函数在时-频域上表现为斜直线的性质，通过Radon直线积分寻找最大峰值以估计直线斜率，从而得到信号调频斜率的估计值。
上述方法虽各有优势，但都受到傅氏变换分辨率的限制。由于目标转速一般不会很大，一幅ISAR像的积累时间也不会太长，因此沿慢时间的LFM信号调频率不会很大，造成频域窄峰宽度过小。再加上横向积累时间有限，频域分辨率不会很高，搜索精度较差，使估计出的目标转速不够准确，导致ISAR横向定标精度低，给后续的目标识别、三维重构带来不便。而直接应用超分辨方法，又会造成计算量过大，导致方法效率下降。可见，探索一种高精度、高效率的横向定标方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有方法估计出的目标转速不准确，导致ISAR横向定标精度低，给后续的目标识别、三维重构带来不便的问题，而提出基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法。
基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法具体过程为：
步骤一、对雷达获取的ISAR成像数据进行距离维压缩和运动补偿，经运动补偿后的ISAR成像回波等效于转台目标的回波，即得到转台目标的ISAR成像回波数据，计算J个距离门回波的归一化幅度方差，按从小到大排序，选择方差最小的M个距离门回波信号；
所述ISAR为逆合成孔径雷达；J为距离门的个数；
步骤二、将步骤一选出的M个距离门回波信号对应的最大纵向距离记为ymax，确定转台目标转动角速度的上界Ωmax,得到频谱加窗的长度，窗型为矩形窗；
步骤三、将步骤一得到的M个距离门回波信号做FFT变换到频域，找出峰值位置，按步骤二计算出的频谱加窗的长度进行加窗处理，得到预处理后的M个距离门回波信号；
步骤四、对步骤三得到的预处理后的M个距离门回波信号分别做去斜处理，利用IAA谱估计方法估计M个去斜信号的频谱，根据去斜信号的频谱得到M个去斜信号的角频率估计值；
步骤五、根据步骤四得到的M个去斜信号的角频率估计值，得到每个预处理后的距离门回波信号的调频斜率，最终求出等效转台目标转动角速度的估计值；
步骤六、根据步骤五得到的等效转台目标转动角速度的估计值，计算ISAR像的横向尺度，按横向尺度重新绘制ISAR像，完成ISAR图像的横向定标。
本发明的有益效果包括：
本发明采用基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，获得一维距离像序列，计算每个距离门内的归一化幅度方差，按方差最小选取待处理信号。根据纵向距离最大值和转速上界确定频域展宽宽度。对选择的信号进行频域加窗处理。将处理后的信号延迟与原信号相乘，利用IAA谱估计技术得到频谱，通过峰值搜索得到频率估计值。利用线性拟合求得目标转速的估计值。利用估计出的目标转动角速度计算ISAR像的横向尺度，完成定标。
本发明利用IAA谱估计技术提高了频域分辨率，进而提高了目标转速的估计精度，尤其对小转角、短时间情况下的横向定标结果有很大改善，提高了横向定标精度。本发明预处理时在每个选中距离门内进行了频域加窗处理，在抑制杂波和噪声的同时，也避免了同一距离门内存在的多个散射点回波相乘形成交叉项，影响估计精度的问题，提高了横向定标精度。本发明无需繁复的搜索过程，能有效节省计算量，避免了确定搜索间隔的步骤。解决了现有方法估计出的目标转速不准确，导致ISAR横向定标精度低，给后续的目标识别、三维重构带来不便的问题。
结合表2得出，对微调频LFM信号的调频斜率估计问题上，当调频斜率a为7时(单位：Hz/s)，现有解调频法的调频斜率估计值为7.37，现有DPT法的调频斜率估计值为7.79，而本发明基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法的调频斜率估计值为7.21；在调频率a为1时(单位：Hz/s)，现有解调频法的调频斜率估计值为1.36，现有DPT法的调频斜率估计值为1.95，而本发明基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法的调频斜率估计值为0.97；得出在微调频的LFM信号情况下，本发明的估计精度相比一般方法有很大提高。且调频率越小，效果越显著。
结合表4和图4、5、6得出分别利用解线调频法(Ω搜索间隔为0.01rad/s)、DPT法和本发明方法(迭代次数I＝15，频谱点数K＝5N，N为脉冲个数)从ISAR一维距离像序列中估计目标转动角速度，得出由于调频率过小，DPT方法已无法分辨横向的LFM信号，解线调频法的角速度估计误差为36％，而本发明方法的角速度估计误差为5％，得出本发明的估计精度高于一般方法。如图7所示利用本发明方法的估计结果进行横向定标并重新绘制图像，得到定标后的ISAR像长宽比例协调，目标更易辨识。
附图说明
图1为本发明的方法流程图；
图2为本发明中用到的IAA频谱估计流程图；
图3为实施例二的散射点模型，x为横坐标，y为纵坐标，m为单位，表示米；
图4为实施例二中解线调频法的拟合效果图，Range为纵向距离，Original Data为原始数据点，Fitting Data为拟合数据点及拟合直线，am为调频率，(2π*Hz/s)为纵轴单位，表示2π乘赫兹每秒，m为横轴单位，表示米；
图5为实施例二中DPT法的拟合效果图；
图6为实施例二中本发明方法的拟合效果图；
图7a为实施例二中未定标的ISAR成像效果图，Azimuth Bin为横向单元；
图7b为实施例二中利用本发明横向定标后的ISAR图像效果图，Cross Range为横向距离，m为单位，表示米。
具体实施方式
具体实施方式一：结合图1、图2说明本实施方式，本实施方式的基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法具体过程为：
步骤一、对雷达获取的ISAR成像数据进行距离维压缩和运动补偿，运动补偿后ISAR观测目标可以等效为转台目标进行处理，经运动补偿后的ISAR成像回波近似等效于转台目标的回波，即得到转台目标的ISAR成像回波数据，计算J个距离门回波的归一化幅度方差，按从小到大排序，选择方差最小的M个距离门回波信号；
所述ISAR为逆合成孔径雷达；J为距离门的个数；
步骤二、将步骤一选出的M个距离门回波信号对应的最大纵向距离记为ymax，确定转台目标转动角速度的上界Ωmax,得到频谱加窗的长度，窗型为矩形窗；
步骤三、将步骤一得到的M个距离门回波信号做FFT变换到频域，找出峰值位置，按步骤二计算出的频谱加窗的长度进行加窗处理，得到预处理后的M个距离门回波信号；
步骤四、对步骤三得到的预处理后的M个距离门回波信号分别做去斜处理，利用IAA谱估计方法估计M个去斜信号的频谱，根据去斜信号的频谱得到M个去斜信号的角频率估计值；
步骤五、根据步骤四得到的M个去斜信号的角频率估计值，得到每个预处理后的距离门回波信号的调频斜率，最终求出等效转台目标转动角速度的估计值；
步骤六、根据步骤五得到的等效转台目标转动角速度的估计值，计算ISAR像的横向尺度，按横向尺度重新绘制ISAR像，完成ISAR图像的横向定标；
所述步骤四中对步骤三得到的预处理后的M个距离门回波信号分别做去斜处理，利用IAA谱估计方法估计M个去斜信号的频谱，根据去斜信号的频谱得到M个去斜信号的角频率估计值；具体过程为：
假设步骤三得到的预处理后的每个距离门内仅存在一个强散射点回波；则式(6)写为
Figure GDA0003100669640000041
其中sm(t)为第m个距离门的回波信号，m＝1,2,…,M；pm(t)为t时刻第m个距离门内散射点的回波包络，ym为第m个距离门对应的纵向距离；xm为第m个距离门散射点的横向距离；
其中
Figure GDA0003100669640000051
Φm为sm(t)的复振幅；得出复振幅Φm与慢时间t无关；
ωm＝4πfc/c·xmΩ (12)
ωm为sm(t)的中心频率；
am＝4πfc/c·Ω2ym (13)
am为sm(t)的调频斜率；
可见式(10)中的慢时间信号表现为一个线性调频信号形式。
对于已完成距离维压缩的回波信号，纵向位置ym是已知量，而横向位置xm是未知的，因此估计目标等效转动角速度的唯一途径是从信号的调频率入手。
对式(10)中sm(t)进行去斜处理得到
Figure GDA0003100669640000052
其中τ为延迟参数，
Figure GDA0003100669640000053
为sm(t)的共轭；
由于
Figure GDA0003100669640000054
是复常数，与慢时间t无关，因此式(14)为单频信号，单频信号频率为
ωam＝amτ (15)
利用IAA谱估计方法对式(14)得到的
Figure GDA0003100669640000055
求频谱Am；
分别找出每个Am峰值对应的角频率估计值
Figure GDA0003100669640000056
即
Figure GDA0003100669640000057
所述利用IAA谱估计方法对式(14)得到的
Figure GDA0003100669640000058
求频谱Am；具体过程为：
根据附图(2)，首先需要确定
Figure GDA0003100669640000059
的超分辨频谱的点数K，从式(15)可看到，τ越大，ωam越大，要求的频谱分辨率越低。但由于数据长度有限，τ越大有效数据点越少。因此取τ值为N·PRI/2，假设要求的等效转台目标转动角速度估计精度为
Figure GDA0003100669640000061
步骤一选择的M个距离门回波信号对应最小纵向距离为ymin,则由式(13)、(15)得到的频谱分辨率为：
Figure GDA0003100669640000062
由式(15)确定的超分辨频谱点数K最小为
Figure GDA0003100669640000063
计算导向矩阵A＝[a(ω1),a(ω2),...,a(ωK)],其中
a(ωi)＝[exp(jωit1),exp(jωit2),...,exp(jωitN)]T (18)
其中ωi为超分辨频谱上第i个点对应的角频率，i＝1,2,…,K；a(ωi)为导向矢量，tn为第n个脉冲对应的慢时间，n＝1,2,…,N；
设式(14)中时域信号的离散形式为
Figure GDA0003100669640000064
利用IAA谱估计技术求去斜信号
Figure GDA0003100669640000065
的频谱；过程为：
(1)初始化谱向量S＝[1,1,...,1]1×K,确定迭代次数I,
(2)更新协方差矩阵R，其计算公式为
Figure GDA0003100669640000066
其中a*(ωi)为a(ωi)的共轭，S(i)为谱向量；
(3)利用新的协方差矩阵R分别估计谱向量的各元素，计算公式如下：
Figure GDA0003100669640000067
其中ai为a(ωi)；sm为
Figure GDA0003100669640000068
组成的行向量，n＝1,2,…,N；
(4)重复步骤(2)、(3)I次，得到
Figure GDA0003100669640000069
的超分辨频谱Am(i)＝|S(i)|,i＝1,2,...,K。
具体实施方式二：本实施方式与具体实施方式一不同的是：所述步骤一中对雷达获取的ISAR成像数据进行距离维压缩和运动补偿，运动补偿后实际观测目标可以等效为转台目标进行处理，经运动补偿后的ISAR成像回波近似等效于转台目标的回波，即得到转台目标的ISAR成像回波数据，计算J个距离门回波的归一化幅度方差，按从小到大排序，选择方差最小的M个距离门回波信号；具体过程为：
假设雷达发射LFM信号，对雷达获取的ISAR成像数据进行距离维压缩和运动补偿，经运动补偿后的ISAR成像回波近似等效于转台目标的回波，即得到转台目标的ISAR成像回波数据，表示为:
Figure GDA0003100669640000071
其中LFM信号为线性调频信号；t为慢时间，f为快时间频率，Tp为LFM信号脉冲宽度，γ为发射LFM信号的调频率，c为电波在真空中的传播速度，fc为发射LFM信号中心频率，Q为目标上散射点个数，σq是第q个散射点回波的幅度，ΔRq(t)表示t时刻第q个散射点到雷达的距离，q为目标上第q个散射点，
Figure GDA0003100669640000072
为虚数单位；
假设t时刻第q个散射点的坐标为(xq,yq),则有
ΔRq(t)＝R0+xqsin(Ωt)+yqcos(Ωt) (2)
其中R0为雷达到转台中心的距离，平动补偿后它是一个常量；Ω为目标等效转动角速度；由于ISAR成像一般处理小转角成像，利用Tylor展开的主要项代替(2)式中的三角函数，写为
ΔRq(t)＝R0+xqΩt+yq-0.5yqΩ2t2 (3)
记(1)式中t时刻第q个散射点的回波包络为
Figure GDA0003100669640000073
Figure GDA0003100669640000074
为抽样函数；
可见不同散射点的包络形状一致，只是中心位置随散射点位置而不同。(3)式中看出，对于同一距离门内的散射点，由于Ω较小，其包络的中心位置基本是相同的。因此根据式(1)、(3)、(4)得到第k个距离门内的回波信号为
Figure GDA0003100669640000081
其中k＝1,2,...,J，Qk为第k个距离门内目标上散射点个数，pk(t)为t时刻第k个距离门内散射点的回波包络，xkq为第k个距离门内第q个散射点对应的横向距离，yk为第k个距离门对应的纵向距离；
将式(5)中的二次项提出，得
Figure GDA0003100669640000082
可见第k个距离门内的信号相当于此距离门内Qk个LFM信号之和，而目标的转速Ω表现在中心频率和调频率中。因此利用存在散射点的距离门回波信号可以提取出转速信息。
将式(6)离散化，计算第k个距离门回波信号的归一化幅度方差，计算公式为
Figure GDA0003100669640000083
其中E[·]表示均值计算；sk(n)为sk(t)的离散化形式，n＝1,2,…,N，N为慢时间采样点数(即回波数)；若某距离门内存在散射点，则回波信号的归一化方差会很小。因此可将δk从小到大排序，选择δk最小的M个距离门回波信号。
由式(6)可见，信号的二次调频率与纵向距离y成正比，因此选择距离门时还需要注意尽量选择远离纵向零距离的散射点。
在距离压缩后就得到纵向尺度。
其它步骤及参数与具体实施方式一相同。
具体实施方式三：本实施方式与具体实施方式一或二不同的是：所述M取8～10。
在有较多距离门都包含散射点的情况下，M取8～10即可。
其它步骤及参数与具体实施方式一或二相同。
具体实施方式四：本实施方式与具体实施方式一至三之一不同的是：所述步骤二中将步骤一选出的M个距离门回波信号对应的最大纵向距离记为ymax，确定转台目标转动角速度的上界Ωmax,得到频谱加窗的长度，窗型为矩形窗；具体过程为：
确定每个强散射点回波所占频谱的最大宽度。由于同一个距离门内可能存在多个散射点，同时还存在噪声、杂波，弱散射点回波和噪声、杂波信号会影响调频率的估计，因此考虑通过在频域加窗滤除。为保证不影响强散射点回波，需要事先确定窗函数宽度。
将步骤一选出的M个距离门回波信号对应的最大纵向距离记为ymax,根据目标的实际状况(不同目标不同场景都有自己的上限)确定转台目标转动角速度的上界Ωmax,则(6)式中信号sk(t)的最大调频率为
Figure GDA0003100669640000091
此调频斜率的存在使强散射点回波的频谱有一定展宽，因此频域窗长须大于展宽频谱的宽度。
假设，发射LFM信号的脉冲重复周期为PRI，则频谱加窗的长度为：
Figure GDA0003100669640000092
N为慢时间采样点数(即回波数)；
实际处理时，为保证强散射点频谱的完整性，窗长度可稍大于理论值。
其它步骤及参数与具体实施方式一至三之一相同。
具体实施方式五：本实施方式与具体实施方式一至四之一不同的是：所述步骤三中将步骤一得到的M个距离门回波信号做FFT变换到频域，找出峰值位置，按步骤二计算出的频谱加窗的长度进行加窗处理，得到预处理后的M个距离门回波信号；过程为：
矩形窗的中心位置设置在频谱的峰值处，窗长Lwn通过公式(9)得到，保留矩形窗内频域信号，矩形窗外的频域信号置零，得到加窗处理后的频域信号；
然后将加窗处理后的频域信号做IFFT变换到时域，得到预处理后的M个距离门回波信号；
FFT为快速傅立叶变换，IFFT为快速傅立叶逆变换。
其它步骤及参数与具体实施方式一至四之一相同。
具体实施方式六：本实施方式与具体实施方式一至五之一不同的是：所述迭代次数I取10～15。
上述过程中迭代次数I一般取10～15即可达到较高精度。
其它步骤及参数与具体实施方式一至五之一相同。
具体实施方式七：本实施方式与具体实施方式一至六之一不同的是：所述步骤五中根据步骤四得到的M个去斜信号的角频率估计值，得到每个预处理后的距离门回波信号的调频斜率，最终求出等效转台目标转动角速度的估计值；
从式(13)、(15)可见，对同一目标上的散射点，沿慢时间做去斜处理后，形成的单频信号频率值与纵向距离y呈线性相关。为了消除单独测量的误差，可以利用线性拟合的方式获得转速的最终估计值；
具体过程为：
记M个距离门对应的纵向距离为y＝[y1,y2,...,yM]，通过步骤四得到的M个去斜信号的频率值为
Figure GDA0003100669640000101
以y为横轴，
Figure GDA0003100669640000102
为纵轴做线性拟合，得到直线的斜率为
Figure GDA0003100669640000103
其值为
Figure GDA0003100669640000104
利用式(21)得到等效转台目标转动角速度的估计值为
Figure GDA0003100669640000105
其它步骤及参数与具体实施方式一至六之一相同。
具体实施方式八：本实施方式与具体实施方式一至七之一不同的是：所述步骤六中根据步骤五得到的等效转台目标转动角速度的估计值，计算ISAR像的横向尺度；具体过程为：
Figure GDA0003100669640000106
其中λ为发射信号的波长；
Figure GDA0003100669640000107
为估计出的转台目标总转角；
按横向尺度重新绘制ISAR像，完成ISAR图像的横向定标。
其它步骤及参数与具体实施方式一至七之一相同。
下面通过以下实施例验证本发明的有益效果。
实施例一：
本实施例旨在对比本发明与几种已存在方法对微调频LFM信号调频斜率的估计效果。
设计LFM信号参数如表1。
表1待估计LFM信号参数
Figure GDA0003100669640000111
分别用解线调频法(取搜索间隔为0.01Hz/s)、DPT法及本发明提出的方法(K＝1280)估计四种信号的调频率，结果如表2所示。可见在诸如此类微调频的LFM信号情况下，本发明的估计精度相比一般方法有很大提高。且调频率越小，效果越显著。
表2调频斜率估计结果(单位：Hz/s)
Figure GDA0003100669640000112
实施例二：
本实施例旨在验证本发明对实际ISAR图像的定标效果。
仿真一个简单的转台目标，其散射点分布如图3。由于散射点较少，因此只选择M＝4个距离门进行处理。目标以角速度Ω0＝0.1rad/s绕转台中心匀速转动。雷达参数如表3所示。
表3雷达参数
Figure GDA0003100669640000113
分别利用解线调频法(Ω搜索间隔为0.01rad/s)、DPT法和本发明方法(迭代次数I＝15，频谱点数K＝5N，N为脉冲个数)从ISAR一维距离像序列中估计目标转动角速度。三种方法的拟合结果分别如图4、图5、图6所示。可见由于调频率过小，DPT方法已无法分辨横向的LFM信号，其余两种方法拟合效果较好。三种方法估计出的目标转速如表4.
表4三种方法估计出的目标转速
Figure GDA0003100669640000114
显而易见，本发明方法的精度远高于其余两种常用的估计方法。利用本发明方法的估计结果进行横向定标并重新绘制图像，得到横向定标前后的ISAR图像如图7a、图7b所示。定标后长宽比例协调，目标更易辨识。
本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，本领域技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，其特征在于：所述方法具体过程为：
步骤一、对雷达获取的ISAR成像数据进行距离维压缩和运动补偿，经运动补偿后的ISAR成像回波等效于转台目标的回波，即得到转台目标的ISAR成像回波数据，计算J个距离门回波的归一化幅度方差，按从小到大排序，选择方差最小的M个距离门回波信号；
所述ISAR为逆合成孔径雷达；J为距离门的个数；
步骤二、将步骤一选出的M个距离门回波信号对应的最大纵向距离记为ymax，确定转台目标转动角速度的上界Ωmax,得到频谱加窗的长度，窗型为矩形窗；
步骤三、将步骤一得到的M个距离门回波信号做FFT变换到频域，找出峰值位置，按步骤二计算出的频谱加窗的长度进行加窗处理，得到预处理后的M个距离门回波信号；
步骤四、对步骤三得到的预处理后的M个距离门回波信号分别做去斜处理，利用IAA谱估计方法估计M个去斜信号的频谱，根据去斜信号的频谱得到M个去斜信号的角频率估计值；
步骤五、根据步骤四得到的M个去斜信号的角频率估计值，得到每个预处理后距离门回波信号的调频斜率，最终求出等效转台目标转动角速度的估计值；
步骤六、根据步骤五得到的等效转台目标转动角速度的估计值，计算ISAR像的横向尺度，按横向尺度重新绘制ISAR像，完成ISAR图像的横向定标；
所述步骤四中对步骤三得到的预处理后的M个距离门回波信号分别做去斜处理，利用IAA谱估计方法估计M个去斜信号的频谱，根据去斜信号的频谱得到M个去斜信号的角频率估计值；具体过程为：
假设步骤三得到的预处理后的每个距离门内仅存在一个强散射点回波；则式(6)写为
Figure FDA0003100669630000011
其中sm(t)为第m个距离门的回波信号，m＝1,2,…,M；pm(t)为t时刻第m个距离门内散射点的回波包络，ym为第m个距离门对应的纵向距离；xm为第m个距离门散射点的横向距离；
其中
Figure FDA0003100669630000021
Φm为sm(t)的复振幅；得出复振幅Φm与慢时间t无关；
ωm＝4πfc/c·xmΩ (12)
ωm为sm(t)的中心频率；
am＝4πfc/c·Ω2ym (13)
am为sm(t)的调频斜率；
对式(10)中sm(t)进行去斜处理得到
Figure FDA0003100669630000022
其中τ为延迟参数，
Figure FDA0003100669630000023
为sm(t)的共轭；
Figure FDA0003100669630000024
是复常数，与慢时间t无关，式(14)为单频信号，单频信号频率为
ωam＝amτ (15)
利用IAA谱估计方法对式(14)得到的
Figure FDA0003100669630000025
求频谱Am；
分别找出每个Am峰值对应的角频率估计值
Figure FDA0003100669630000026
即
Figure FDA0003100669630000027
所述利用IAA谱估计方法对式(14)得到的
Figure FDA0003100669630000028
求频谱Am；具体过程为：
确定
Figure FDA0003100669630000029
的超分辨频谱的点数K，τ值为N·PRI/2，假设要求的等效转台目标转动角速度估计精度为
Figure FDA00031006696300000210
步骤一选择的M个距离门回波信号对应最小纵向距离为ymin,则由式(13)、(15)得到的频谱分辨率为：
Figure FDA00031006696300000211
由式(15)确定的超分辨频谱点数K最小为
Figure FDA00031006696300000212
计算导向矩阵A＝[a(ω1),a(ω2),...,a(ωK)],其中
a(ωi)＝[exp(jωit1),exp(jωit2),...,exp(jωitN)]T (18)
其中ωi为超分辨频谱上第i个点对应的角频率，i＝1,2,…,K；a(ωi)为导向矢量，tn为第n个脉冲对应的慢时间，n＝1,2,…,N；
设式(14)的离散形式为
Figure FDA0003100669630000031
利用IAA谱估计技术求去斜信号
Figure FDA0003100669630000032
的频谱；过程为：
(1)初始化谱向量S＝[1,1,...,1]1×K,确定迭代次数I,
(2)更新协方差矩阵R，其计算公式为
Figure FDA0003100669630000033
其中a*(ωi)为a(ωi)的共轭，S(i)为谱向量；
(3)利用新的协方差矩阵R分别估计谱向量的各元素，计算公式如下：
Figure FDA0003100669630000034
其中ai为a(ωi)；sm为
Figure FDA0003100669630000035
组成的行向量，n＝1,2,…,N；
(4)重复步骤(2)、(3)I次，得到
Figure FDA0003100669630000036
的超分辨频谱Am(i)＝|S(i)|,i＝1,2,...,K。
2.根据权利要求1所述基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，其特征在于：所述步骤一中对雷达获取的ISAR成像数据进行距离维压缩和运动补偿，经运动补偿后的ISAR成像回波等效于转台目标的回波，即得到转台目标的ISAR成像回波数据，计算J个距离门回波的归一化幅度方差，按从小到大排序，选择方差最小的M个距离门回波信号；具体过程为：
假设雷达发射LFM信号，对雷达获取的ISAR成像数据进行距离维压缩和运动补偿，经运动补偿后的ISAR成像回波等效于转台目标的回波，即得到转台目标的ISAR成像回波数据，表示为:
Figure FDA0003100669630000037
其中LFM信号为线性调频信号；t为慢时间，f为快时间频率，Tp为LFM信号脉冲宽度，γ为发射LFM信号的调频率，c为电波在真空中的传播速度，fc为发射LFM信号中心频率，Q为目标上散射点个数，σq是第q个散射点回波的幅度，ΔRq(t)表示t时刻第q个散射点到雷达的距离，
Figure FDA0003100669630000041
为虚数单位；
假设t时刻第q个散射点的坐标为(xq,yq),则有
ΔRq(t)＝R0+xqsin(Ωt)+yqcos(Ωt) (2)
其中R0为雷达到转台中心的距离，平动补偿后它是一个常量；Ω为目标等效转动角速度；利用Tylor展开的主要项代替(2)式中的三角函数，写为
ΔRq(t)＝R0+xqΩt+yq-0.5yqΩ2t2 (3)
记(1)式中t时刻第q个散射点的回波包络为
Figure FDA0003100669630000042
Figure FDA0003100669630000043
为抽样函数；
根据式(1)、(3)、(4)得到第k个距离门内的回波信号为
Figure FDA0003100669630000044
其中k＝1,2,...,J，Qk为第k个距离门内目标上散射点个数，pk(t)为t时刻第k个距离门内散射点的回波包络，xkq为第k个距离门内第q个散射点对应的横向距离，yk为第k个距离门对应的纵向距离；
将式(5)中的二次项提出，得
Figure FDA0003100669630000045
将式(6)离散化，计算第k个距离门回波信号的归一化幅度方差，计算公式为
Figure FDA0003100669630000046
其中E[·]表示均值计算；sk(n)为sk(t)的离散化形式，n＝1,2,…,N，N为慢时间采样点数；
将δk从小到大排序，选择δk最小的M个距离门回波信号。
3.根据权利要求2所述基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，其特征在于：所述M取8～10。
4.根据权利要求3所述基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，其特征在于：所述步骤二中将步骤一选出的M个距离门回波信号对应的最大纵向距离记为ymax，确定转台目标转动角速度的上界Ωmax,得到频谱加窗的长度，窗型为矩形窗；具体过程为：
将步骤一选出的M个距离门回波信号对应的最大纵向距离记为ymax，确定转台目标转动角速度的上界Ωmax,则(6)式中信号sk(t)的最大调频率为
Figure FDA0003100669630000051
假设，发射LFM信号的脉冲重复周期为PRI，则频谱加窗的长度为：
Figure FDA0003100669630000052
N为慢时间采样点数。
5.根据权利要求4所述基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，其特征在于：所述步骤三中将步骤一得到的M个距离门回波信号做FFT变换到频域，找出峰值位置，按步骤二计算出的频谱加窗的长度进行加窗处理，得到预处理后的M个距离门回波信号；过程为：
矩形窗的中心位置设置在频谱的峰值处，窗长Lwn通过公式(9)得到，保留矩形窗内频域信号，矩形窗外的频域信号置零，得到加窗处理后的频域信号；
然后将加窗处理后的频域信号做IFFT变换到时域，得到预处理后的M个距离门回波信号；
FFT为快速傅立叶变换，IFFT为快速傅立叶逆变换。
6.根据权利要求5所述基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，其特征在于：所述迭代次数I取10～15。
7.根据权利要求6所述基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，其特征在于：所述步骤五中根据步骤四得到的M个去斜信号的角频率估计值，得到每个预处理后距离门回波信号的调频斜率，最终求出等效转台目标转动角速度的估计值；具体过程为：
记M个距离门对应的纵向距离为y＝[y1,y2,...,yM]，通过步骤四得到的M个去斜信号的频率值为
Figure FDA0003100669630000061
以y为横轴，
Figure FDA0003100669630000062
为纵轴做线性拟合，得到直线的斜率为
Figure FDA0003100669630000063
其值为
Figure FDA0003100669630000064
利用式(21)得到等效转台目标转动角速度的估计值为
Figure FDA0003100669630000065
8.根据权利要求7所述基于IAA谱估计技术的ISAR图像横向定标方法，其特征在于：所述步骤六中根据步骤五得到的等效转台目标转动角速度的估计值，计算ISAR像的横向尺度；具体过程为：
Figure FDA0003100669630000066
其中λ为发射信号的波长；
Figure FDA0003100669630000067
为估计出的转台目标总转角；
按横向尺度重新绘制ISAR像，完成ISAR图像的横向定标。
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