CN110346797A - 一种二维逆合成孔径雷达成像方法及系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种二维逆合成孔径雷达成像方法及系统，方法包括：获取回波数据；挑选缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据；对稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到差值数据；判断差值数据是否需要进行修复与完善，若需要，则重复采用最小二乘插值法对稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到完善后的差值数据；若不需要，则将差值数据作为完善后的差值数据进行距离压缩，得到一维距离像；对一维距离像进行包络对齐和初相校正，得到平动补偿后的回波数据；对平动补偿后的回波数据进行方位压缩压缩，得到二维ISAR逆合成孔径雷达图像。本发明中的上述方法能够解决压缩分解过程中无法完全复现回波数据的问题，提高成像的成功率。
Description
技术领域
本发明涉及雷达成像领域，特别是涉及一种二维逆合成孔径雷达成像方法及系统。
背景技术
逆合成孔径雷达(ISAR)作为一种新体制雷达，能够对飞机、导弹、舰船、卫星等运动目标进行高分辨二维成像，在战略防御、战术武器、反卫星等军事领域以及未来的空中、空间交通管制等民事领域中都有重要的应用价值，其主要解决稀疏孔成像问题。稀疏孔径成像问题一般利用压缩感知的方法通过采样恢复出所有的原始数据进行成像，但是，该方法运算量非常大，且仅能以一定的概率恢复出原始数据，无法保证每次都能成出所需的二维ISAR图像。
发明内容
本发明的目的是提供一种二维逆合成孔径雷达成像方法及系统，解决压缩分解过程中无法完全复现回波数据的问题，提高成像的成功率。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种二维逆合成孔径雷达成像方法，所述成像方法包括：
获取回波数据；
挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据；
采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到差值数据；
判断所述差值数据是否需要进行修复与完善；
若所述差值数据需要进行修复与完善，则重复采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到完善后的差值数据；
若所述差值数据不需要进行修复与完善，则将所述差值数据作为完善后的差值数据进行距离压缩，得到一维距离像；
对所述一维距离像依次进行包络对齐和初相校正，得到平动补偿后的回波数据；
对所述平动补偿后的回波数据进行方位压缩压缩，得到二维ISAR逆合成孔径雷达图像。
可选的，所述判断所述差值数据是否需要进行修复与完善具体包括：
判断所述差值数据与期望数据的差值是否小于预先设定误差；
若所述差值数据与期望数据的差值小于预先设定误差则不需要修复与完善；
若所述差值数据与期望数据的差值大于等于预先设定误差则需要修复与完善。
可选的，所述预先设定误差为10e-4
可选的，所述挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据具体包括：
在回波处理前关闭发射机，通过噪声系数测量仪测量接收通道的基底噪声；
在进行回波处理时，通过旁路检波器及功率计测量回波的功率；
将所述测量的回波功率和所述基底噪声进行比较，得到回波的信噪比；
判断所述信噪比与所述经验值的大小；
若所述信噪比小于等于所述经验值，则将对应的回波数据剔除；
若所述信噪比大于所述经验值，则将对应的回波数据保留，得到稀疏孔径回波数据。
可选的，所述经验值为12dB。
可选的，所述采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到插值数据具体包括：
通过加权确定真实数据与缺失数据的插值矩阵；
通过迭代对所述插值矩阵进行最小化，完成方位插值，得到插值数据。
可选的，所述对所述插值数据进行距离压缩，得到一维距离像具体包括：
将所述插值数据变换到频域；
与参考信号的共轭频谱进行相乘得到压缩后信号的频域数据；
将所述压缩后信号的频域数据进行傅里叶逆变换，得到一维距离像。
本发明还另外提供一种二维逆合成孔径雷达成像系统，所述成像系统包括：
获取模块，用于获取回波数据；
稀疏孔径回波数据确定模块，用于挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据；
差值数据确定模块，用于采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到差值数据；
判断模块，用于判断所述差值数据是否需要进行修复与完善；
方向差值模块，用于当所述差值数据需要进行修复与完善，则重复采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到完善后的差值数据；
距离压缩模块，用于当所述差值数据不需要进行修复与完善，则将所述差值数据作为完善后的差值数据进行距离压缩，得到一维距离像；
包络对齐和初相校正模块，用于对所述一维距离像依次进行包络对齐和初相校正，得到平动补偿后的回波数据；
方位向压缩模块，用于对所述平动补偿后的回波数据进行方位压缩压缩，得到二维ISAR逆合成孔径雷达图像。
可选的，所述断所述差值数据是否需要进行修复与完善具体包括：
判断所述差值数据与期望数据的差值是否小于预先设定误差；
若所述差值数据与期望数据的差值小于预先设定误差则不需要修复与完善；
若所述差值数据与期望数据的差值大于等于预先设定误差则需要修复与完善。
可选的，所述挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据具体包括：
在回波处理前关闭发射机，通过噪声系数测量仪测量接收通道的基底噪声；
在进行回波处理时，通过旁路检波器及功率计测量回波的功率；
将所述测量的回波功率和所述基底噪声进行比较，得到回波的信噪比；
判断所述信噪比与所述经验值的大小；
若所述信噪比小于等于所述经验值，则将对应的回波数据剔除；
若所述信噪比大于所述经验值，则将对应的回波数据保留，得到稀疏孔径回波数据。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
本发明中的上述方法将回波数据缺失看成稀疏孔径成像问题，看成是慢时间回波数据的缺失，通过最小二乘插值的方法补齐缺失数据，而后通过距离维成像、包络对其、初相校正、方位压缩的方法完成二维ISAR成像，该方法仅需对慢时间回波数据进行插值，避免了压缩感知方法中的冗余基构建、矩阵求逆造成的大运算量问题，通过插值后利用经典方法成像的处理流程，解决了压缩分解过程中无法完全复现回波数据的问题，保证了成像的成功率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例二维逆合成孔径雷达成像方法流程图；
图2为本发明实施例二维逆合成孔径雷达成像系统结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种二维逆合成孔径雷达成像方法及系统，解决压缩分解过程中无法完全复现回波数据的问题，提高成像的成功率。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
图1为本发明实施例二维逆合成孔径雷达成像方法流程图，如图1所示，所述成像方法包括：
步骤101：获取回波数据。
步骤102：挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据。
具体的，步骤102中挑选缺失目标回波数据采用的是门限判定法，具体如下：
在回波处理前关闭发射机，通过噪声系数测量仪测量接收通道的基底噪声；
在进行回波处理时，通过旁路检波器及功率计测量回波的功率；
将所述测量的回波功率和所述基底噪声进行比较，得到回波的信噪比；
判断所述信噪比与所述经验值的大小；
若所述信噪比小于等于所述经验值，则将对应的回波数据剔除；
若所述信噪比大于所述经验值，则将对应的回波数据保留，得到稀疏孔径回波数据。
其中，所述经验值为12dB。
步骤103：采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到差值数据。
由于最小二乘法插值法不需要知道目标回波的先验信息，故本发明通过最小二乘插值的方法进行方位向插值，方位向插值即是针对每个距离单元的缺失数据进行补充。最小二乘插值是基于插值数据与真实数据之间的误差最小来进行数据补充的。通过多次迭代来最小化二次误差矩阵的方法完成数据补充。二次误差矩阵是真实数据与缺失数据系数的插值矩阵，通过简单的加权即可完成。
步骤104：判断所述差值数据是否需要进行修复与完善。
在完成初次插值后，通过比较插值后的数据与期望原始数据的误差大小来判定是否进行插值数据的修复与完善。具体判定方法如下：
判断所述差值数据与期望数据的差值是否小于预先设定误差；
若所述差值数据与期望数据的差值小于预先设定误差则不需要修复与完善；
若所述差值数据与期望数据的差值大于等于预先设定误差则需要修复与完善。
所述预先设定的误差为10e-4。
若所述差值数据需要进行修复与完善，则重复采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到完善后的差值数据。
步骤105：若所述差值数据不需要进行修复与完善，则将所述差值数据作为完善后的差值数据进行距离压缩，得到一维距离像。
具体步骤如下：
将所述插值数据变换到频域；
与参考信号的共轭频谱进行相乘得到压缩后信号的频域数据；
将所述压缩后信号的频域数据进行傅里叶逆变换，得到一维距离像。
步骤106：对所述一维距离像依次进行包络对齐和初相校正，得到平动补偿后的回波数据。
其中，包络对齐通过最大特显点的方法完成。在得到目标的一维距离像之后，在各次回波中寻找信噪比最大的距离单元，而后通过循环移位的方法将最大特显点对齐完成包络对齐。初相校正是通过目标的先验轨道信息构建平动相位补偿项，而后利用补偿项与回波相位相乘的方法完成初相校正。
步骤107：对所述平动补偿后的回波数据进行方位压缩压缩，得到二维ISAR逆合成孔径雷达图像。
其中，方位压缩即是对每个距离单元的回波进行傅里叶变换，从第一个距离单元开始，依次对所有距离单元进行傅里叶变换即可完成方位向压缩。
图2为本发明实施例二维逆合成孔径雷达成像系统，如图2所示，所述成像系统包括：
获取模块201，用于获取回波数据；
稀疏孔径回波数据确定模块202，用于挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据；
差值数据确定模块203，用于采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到差值数据；
判断模块204，用于判断所述差值数据是否需要进行修复与完善；
方向差值模块205，用于当所述差值数据需要进行修复与完善，则重复采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到完善后的差值数据；
距离压缩模块206，用于当所述差值数据不需要进行修复与完善，则将所述差值数据作为完善后的差值数据进行距离压缩，得到一维距离像；
包络对齐和初相校正模块207，用于对所述一维距离像依次进行包络对齐和初相校正，得到平动补偿后的回波数据；
方位向压缩模块208，用于对所述平动补偿后的回波数据进行方位压缩压缩，得到二维ISAR逆合成孔径雷达图像。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。
Claims (10)
1.一种二维逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述成像方法包括：
获取回波数据；
挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据；
采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到差值数据；
判断所述差值数据是否需要进行修复与完善；
若所述差值数据需要进行修复与完善，则重复采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到完善后的差值数据；
若所述差值数据不需要进行修复与完善，则将所述差值数据作为完善后的差值数据进行距离压缩，得到一维距离像；
对所述一维距离像依次进行包络对齐和初相校正，得到平动补偿后的回波数据；
对所述平动补偿后的回波数据进行方位压缩压缩，得到二维ISAR逆合成孔径雷达图像。
2.根据权利要求1所述的二维逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述判断所述差值数据是否需要进行修复与完善具体包括：
判断所述差值数据与期望数据的差值是否小于预先设定误差；
若所述差值数据与期望数据的差值小于预先设定误差则不需要修复与完善；
若所述差值数据与期望数据的差值大于等于预先设定误差则需要修复与完善。
3.根据权利要求2所述的二维逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述预先设定误差为10e-4。
4.根据权利要求1所述的二维逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据具体包括：
在回波处理前关闭发射机，通过噪声系数测量仪测量接收通道的基底噪声；
在进行回波处理时，通过旁路检波器及功率计测量回波的功率；
将所述测量的回波功率和所述基底噪声进行比较，得到回波的信噪比；
判断所述信噪比与所述经验值的大小；
若所述信噪比小于等于所述经验值，则将对应的回波数据剔除；
若所述信噪比大于所述经验值，则将对应的回波数据保留，得到稀疏孔径回波数据。
5.根据权利要求4所述的二维逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述经验值为12dB。
6.根据权利要求1所述的二维逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到插值数据具体包括：
通过加权确定真实数据与缺失数据的插值矩阵；
通过迭代对所述插值矩阵进行最小化，完成方位插值，得到插值数据。
7.根据权利要求1所述的二维逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于，所述对所述插值数据进行距离压缩，得到一维距离像具体包括：
将所述插值数据变换到频域；
与参考信号的共轭频谱进行相乘得到压缩后信号的频域数据；
将所述压缩后信号的频域数据进行傅里叶逆变换，得到一维距离像。
8.一种二维逆合成孔径雷达成像系统，其特征在于，所述成像系统包括：
获取模块，用于获取回波数据；
稀疏孔径回波数据确定模块，用于挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据；
差值数据确定模块，用于采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到差值数据；
判断模块，用于判断所述差值数据是否需要进行修复与完善；
方向差值模块，用于当所述差值数据需要进行修复与完善，则重复采用最小二乘插值法对所述稀疏孔径回波数据进行方位插值，得到完善后的差值数据；
距离压缩模块，用于当所述差值数据不需要进行修复与完善，则将所述差值数据作为完善后的差值数据进行距离压缩，得到一维距离像；
包络对齐和初相校正模块，用于对所述一维距离像依次进行包络对齐和初相校正，得到平动补偿后的回波数据；
方位向压缩模块，用于对所述平动补偿后的回波数据进行方位压缩压缩，得到二维ISAR逆合成孔径雷达图像。
9.根据权利要求8所述的二维逆合成孔径雷达成像系统，其特征在于，所述判断所述差值数据是否需要进行修复与完善具体包括：
判断所述差值数据与期望数据的差值是否小于预先设定误差；
若所述差值数据与期望数据的差值小于预先设定误差则不需要修复与完善；
若所述差值数据与期望数据的差值大于等于预先设定误差则需要修复与完善。
10.根据权利要求8所述的二维逆合成孔径雷达成像系统，其特征在于，所述挑选所述回波数据中缺失目标回波的数据，得到稀疏孔径回波数据具体包括：
在回波处理前关闭发射机，通过噪声系数测量仪测量接收通道的基底噪声；
在进行回波处理时，通过旁路检波器及功率计测量回波的功率；
将所述测量的回波功率和所述基底噪声进行比较，得到回波的信噪比；
判断所述信噪比与所述经验值的大小；
若所述信噪比小于等于所述经验值，则将对应的回波数据剔除；
若所述信噪比大于所述经验值，则将对应的回波数据保留，得到稀疏孔径回波数据。
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