基于时频成像的简单散射点锥体目标的参数估计方法

摘要

本发明属于信号处理技术领域，涉及雷达成像技术，公开了一种基于时频成像的简单散射点锥体目标的参数估计方法。该通过对距离脉压回波在方位维进行时频分析获得锥体目标的瞬时RD图像；对瞬时RD图像进行重心平移对齐以弥补前期运动补偿的不精确；通过对重心平移对齐的瞬时RD图像计算瞬时图像相关系数来估计回波周期；然后根据回波时频分布来估计锥体对称性参数；结合回波周期和锥体对称性参数估计锥体的旋转频率；最后根据瞬时RD图像中散射点的位置来估计锥体高度和锥体底面半径。本发明具有操作简单，充分利用图像域中散射中心的位置信息，估计精度高，同时不受具体模型的限制等优点。

主权项

一种基于时频成像的简单散射点锥体目标的参数估计方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，获取逆合成孔径雷达录取的简单散射点锥体目标的距离脉压回波，该距离脉压回波为距离‑时间二维数据；步骤2，对距离脉压回波的距离‑时间二维数据沿慢时间方向做短时傅里叶变换，获得距离‑时间‑多普勒三维数据，从距离‑时间‑多普勒三维数据中抽取锥体目标的瞬时RD图像；步骤3，将锥体目标的瞬时RD图像重心平移对齐到其几何中心，得到平移对齐后的瞬时RD图像；步骤4，对平移对齐后的瞬时RD图像，利用循环自相关和循环平均幅度差联合函数，计算平移对齐后的瞬时RD图像的瞬时图像相关系数；其中，循环自相关和循环平均幅度差联合函数用下式进行表示：$F\left(k\right)=\frac{\underset{i=1}{\overset{L}{\Sigma }}(\Sigma |I_i^{\prime }(n,m)I_{\mathrm{mod}(i+k,L)}^{\prime }(n,m)\left|\right)}{\underset{i=1}{\overset{L}{\Sigma }}(\Sigma |I_{\mathrm{mod}(i+k,L)}^{\prime }(n,m)-I_i^{\prime }(n,m)\left|\right)},k=1,2,\mathrm{...}L/2$其中，F(k)是瞬时图像相关系数，k是时间变量，L表示瞬时RD图像的个数，I′_i(n,m)表示平移对齐后t_i时刻的瞬时RD图像，n表示瞬时RD图像的距离维索引，m表示瞬时RD图像的方位维索引，mod(i+k,L)表示对i+k对L取余；步骤5，根据获得的瞬时图像相关系数，从中取出瞬时图像相关系数最大值处对应的时刻，作为距离脉压回波的回波周期T₀的估计值；步骤6，根据距离脉压回波的时频分布曲线来估计锥体对称性参数，其具体子步骤如下：(1)从距离‑时间‑多普勒三维数据中，取出任意距离频点对应的时间‑多普勒数据，也就得到该距离频点的距离脉压回波的时频分布曲线；(2)利用距离脉压回波的时频分布来估计锥体的对称性参数，其中，在距离脉压回波的时频分布曲线中，考虑到简单散射点会出现遮挡现象，散射点的时频分布曲线是断开的，但散射点在一个旋转周期内的可见时间范围内的时频分布曲线是连续的；设定某个散射点为参考散射点，在雷达视线与锥体对称轴的夹角大于半锥角，且小于半锥角的补角情况下，对于参考散射点对应的连续时频分布曲线所在的时间范围内：(a)若没有其他时频分布曲线存在，但在参考散射点对应的连续时频分布曲线的首尾时刻有其他散射点出现时，锥体的对称性参数N₀为2；(b)若有两条其他时频分布曲线存在，且这两条曲线对应的散射点不能在任意时刻同时出现的情况下，锥体的对称性参数N₀为3；(c)若有两条其他时频分布曲线存在，且这两条曲线对应的散射点只在参考散射点的多普勒为0的时刻同时出现的情况下，锥体的对称性参数N₀为4；(d)若有四条其他时频分布曲线存在，那么锥体的对称性参数N₀为5；步骤7，结合距离脉压回波的回波周期和锥体对称性参数,估计锥体旋转频率：$f_0=\frac{1}{N_0{T}_0}$其中，f₀是锥体旋转频率，N₀是锥体的对称性参数，T₀是距离脉压回波的回波周期；步骤8，估计锥体高度和锥体底面半径,其具体子步骤如下：(1)在平移对齐前或平移对齐后的瞬时RD图像上，利用距离维相距最远的两个散射点所在的距离频点来估计锥体的长度，并按照下式进行估计：其中，l表示的是锥体的高度，c表示电磁波传播速度，N_r表示瞬时RD图像中锥顶散射点和锥底散射点所对应到的距离频点的最大差值，B表示雷达发射线性调频信号的带宽，表示雷达视线俯仰角；(2)在平移对齐前或平移对齐后的瞬时RD图像上，利用方位维相距最远的两个散射点所在的方位单元来估计锥体底面半径，并按照下式进行估计：$d=\frac{{\mathrm{\lambda N}}_a}{8{\mathrm{\pi f}}_0{N}_g}PRF$其中，d表示的是锥体底面半径，λ表示电磁波波长，N_a表示锥体底面的散射点所在方位单元的最大差值，f₀表示锥体旋转频率，N_g表示时间窗函数g(τ‑t)的窗长，PRF表示脉冲重复频率；步骤9，输出简单散射点锥体目标的参数估计结果：瞬时图像相关系数、锥体旋转频率、锥体高度和锥体底面半径。