基于子孔径参数估计的双基地ISAR图像融合方法

摘要

本发明公开了一种基于子孔径参数估计的双基地ISAR图像融合方法。主要解决现有双基地ISAR图像融合效率低的问题。其实现过程为：建立双基地雷达转台模型；获取两雷达的目标距离多普勒图像；利用孤立强散射点在不同子孔径下的多普勒差值估计出目标的转动角速度，再根据得到的目标转动角速度，进行方位向定标，并通过坐标系间的变换关系估算出半双基地角；对两个雷达数据进行距离向匹配滤波和运动补偿，然后根据估算出的半双基地角和目标转动角速度，采用BP算法对回波相位进行补偿；将完成补偿后雷达1和雷达2数据映射到同一直角坐标系进行相干融合。理论分析和实验结果表明，本发明能够获得效果更好的图像、获取更多的目标信息，可用于目标识别。

主权项

1.一种基于子孔径参数估计的双基地ISAR图像融合方法，包括如下步骤：（1）建立双基地ISAR雷达转台模型，在该模型上以雷达1视线方向建立XOY直角坐标系，以雷达1和雷达2的等效雷达视线方向建立UOV直角坐标系，采用双基地ISAR的一发双收体制获取雷达1和雷达2的目标回波数据；（2）对雷达1和雷达2的目标回波数据进行距离向匹配滤波、运动补偿和方位FFT，得到两个雷达获取的目标距离多普勒图像；（3）基于子孔径的参数估计：3a）将雷达1的目标回波数据分为前后两子孔径数据段，分别对前后子孔径数据用距离多普勒算法成像，得到两幅具有相似性的图像；3b）计算两幅相似性图像中强散射点的两个孔径间方位向多普勒频率差值Δf_d，并由该方位向多普勒频率差值Δf_d，估算出目标转动角速度ω：$\omega =\sqrt{-\frac{\mathrm{\lambda \Delta }{f}_d}{2y_p\Delta t_m}}$式中y_p是该散射点的纵向坐标，λ为雷达波长，Δt_m为方位向两个孔径的时间差；3c）根据目标转动角速度ω对两个雷达获取的目标距离多普勒图像进行方位向定标，获取目标上各散射点在所述XOY直角坐标系下的坐标和在所述UOV直角坐标系下的坐标，再根据两个坐标系的变换关系，计算出双基地ISAR雷达转台模型的半双基地角β：$\left[\begin{array}{c}{\hat{u}}_p/\cos \beta \\ {\hat{v}}_p/\cos \beta \end{array}\right]=\left[\begin{array}{cc}\cos \beta & -\sin \beta \\ \sin \beta & \cos \beta \end{array}\right]\left[\begin{array}{c}{\hat{x}}_p\\ {\hat{y}}_p\end{array}\right]$其中，和为强散射点分别在UOV和XOY两个坐标系中的坐标；（4）双基地ISAR的图像融合：4a）对两雷达的原始回波数据依次进行距离向匹配滤波和运动补偿，并将运动补偿后的数据变换到距离频域-方位时域(f_r-t_m)上；4b）由计算出的半双基地角β和目标转动角速度ω，对变换到距离频域-方位时域（f_r-t_m）的回波数据，采用后向投影BP算法进行相位补偿；4c）将完成相位补偿后的雷达1和雷达2回波数据映射到同一直角坐标系XOY，按如下公式进行相干融合：$\hat{g}(x,y)=\underset{K_x}{\Sigma }\underset{K_y}{\Sigma }{G}_1(f_r,t_m)\exp ({\mathrm{jK}}_x·x+{\mathrm{jK}}_y·y)$$+\mathrm{Map}\left[\underset{K_u}{\Sigma }\underset{K_v}{\Sigma }{G}_2(f_r,t_m)\exp ({\mathrm{jK}}_u·u+{\mathrm{jK}}_v·v)\right]$$=\underset{K_x}{\Sigma }\underset{K_y}{\Sigma }{G}_1(f_r,t_m)\exp ({\mathrm{jK}}_x·x+{\mathrm{jK}}_y·y)$$+\underset{K_x^{\prime }}{\Sigma }\underset{K_y^{\prime }}{\Sigma }{G}_2(f_r,t_m)\exp ({\mathrm{jK}}_x^{\prime }·x+{\mathrm{jK}}_y^{\prime }·y)$其中，表示融合后的目标散射函数，G₁(f_r,t_m)、G₂(f_r,t_m)分别表示雷达1和雷达2完成回波相位补偿后距离频域-方位时域（f_r-t_m）回波信号，Map[·]表示将雷达2数据从UOV坐标系中映射到XOY坐标系的变换函数，exp(·)表示指数函数，表示距离向基带频率，K_x和K_y为雷达1回波在XOY坐标系下的波数，K_x＝4πfsin(ωt_m)/c，K_y＝4πfcos(ωt_m)/c，K_u和K_v为雷达2回波在UOV坐标系下的波数，K_u＝4πfsin(ωt_m)cosβ/c，K_v＝4πfcos(ωt_m)cosβ/c，K′_x和K′_y为雷达2回波经过坐标变换后在XOY坐标系下的波数，K′_x＝4πf sin(β+ωt_m)cosβ/c，K′_y＝4πfcos(β+ωt_m)cosβ/c，f＝f_c+f_r，f_c为雷达发射信号载频，为快时间，t_m为方位慢时间，γ为信号调频率，c为光速，B为信号带宽。