[发明专利]基于ISAR图像重聚焦的空间目标姿态估计方法

说明书

本发明公开了一种基于ISAR图像重聚焦的空间目标姿态估计方法，属于雷达技术领域，适用于空间目标姿态估计，其主要思路为：确定ISAR雷达，所述ISAR雷达发射信号并接收目标回波信号，并对接收的目标回波信号进行成像处理，得到目标距离多普勒图像；计算最佳距离补偿系数和最佳方位补偿系数；根据最佳距离补偿系数和最佳方位补偿系数，进而计算得到目标平面指向和补偿后的目标距离多普勒图像，所述补偿后的目标距离多普勒图像包括每一个像素点处二次相位补偿距离‑多普勒最终图像；所述补偿后的目标距离多普勒图像和目标平面指向为基于ISAR图像重聚焦的空间目标姿态估计结果。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种基于ISAR图像重聚焦的空间目标姿态估计方法，适用于空间目标姿态估计。

背景技术

空间目标姿态估计对了解空间目标的动作意图以及判断空间目标的状态具有非常重要的意义；利用逆合成孔径雷达(Inverse Synthetic Aperture Radar，ISAR)对空间目标连续测量获得的序列图像来精确获得空间目标所配备太阳能翼、平板天线等重要载荷部件的绝对姿态的技术可实际应用于包括空间目标故障分析、威胁度评判等民用和军用领域，是目前能够实现空间目标姿态估计的实用技术。

目前,测定空间目标姿态主要通过数据库匹配与基于图像序列的目标三维结构重构两类方式，其中基于数据库匹配的方法一般通过匹配目标的观测数据与事先准备的数据库进行目标姿态的测定，这种方法对数据库的完备性要求较高，且在实际空间目标姿态测量中对于非合作或者未知目标存在明显局限性；基于图像序列的目标三维结构重构则是应用计算机视觉领域中较为成熟的多视图反演技术，主要对目标散射点对应的位置矩阵进行矩阵奇异值分解，得到观测目标在三维空间中的结构，这种方法多用于光学测量中，但其散射点的稳健提取在空间目标观测中难以保障；此外，由其在雷达观测中的改进方法还存在目标运动标定困难等明显制约。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的在于提出一种基于ISAR图像重聚焦的空间目标姿态估计方法，该种基于ISAR图像重聚焦的空间目标姿态估计方法最主要的创新之处是通过ISAR雷达回波的信号分析，应用平面结构在RD成像平面存在的散焦与其在平面内位置相关的特点,在一定转角角度范围内可建立散焦系数和位置之间的线性关系，从而求解平面结构在RD图像内的散焦系数，进而解算其在三维空间内的指向信息，实现了基于单基线雷达获取的单帧或短序列雷达图像到真实三维空间内的结构信息反演。

为达到上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于ISAR图像重聚焦的空间目标姿态估计方法，包括以下步骤：

步骤1，确定ISAR雷达，所述ISAR雷达发射信号并接收目标回波信号，并对接收的目标回波信号进行成像处理，得到目标距离多普勒图像；

步骤2，计算得到最佳距离补偿系数和最佳方位补偿系数；

步骤3，根据最佳距离补偿系数和最佳方位补偿系数，计算得到目标平面指向和补偿后的目标距离多普勒图像，所述补偿后的目标距离多普勒图像包括每一个像素点处二次相位补偿距离-多普勒最终图像；

所述补偿后的目标距离多普勒图像和目标平面指向为基于ISAR图像重聚焦的空间目标姿态估计结果。

本发明与现有技术相比所具有的优点：

第一，本发明利用空间目标的ISAR图像的观测成像几何与测轨先验，通过补偿图像信号的二次相位误差实现对空间目标平面部件的三维绝对姿态精确反演，本发明具有很高的实用性。

第二，本发明针对通常被认为是“有害”信息的图像散焦现象，提出利用BFGS算法进行相位补偿得到聚焦图像的同时，结合空间目标几何结构进行测姿，实现了“变废为宝”，具有较高的创新性。