[发明专利]矢量建模优化反演的运动目标三维成像方法

说明书

本发明公开了一种矢量建模优化反演的运动目标三维成像方法，主要解决现有技术硬件及成像复杂度高，成像精度低的问题。其方案是：对ISAR单基地雷达系统在一次观测时间段内接收的回波信号，进行解线频调和平动补偿及快时间维傅里叶变换的预处理；利用雷达自身运动参数，构建三维重构坐标系X′‑Y′‑Z′，并利用该坐标系构建散射点在三维重构坐标系下的三维重构坐标x、y、z的表达式；利用该表达式和预处理后的ISAR回波信号建立求解目标三维重构坐标的稀疏优化问题；采用正交匹配寻踪算法求解稀疏优化问题，得到目标的三维重构坐标，最终得到三维重构图像。本发明的成像复杂度低，成像精度高，可以用于运动目标识别、目标分类、特征提取。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种运动目标三维重构方法，可以用于运动目标识别、目标分类、特征提取。

背景技术

逆合成孔径雷达ISAR的三维成像在ISAR研究领域受到了广泛的关注，其在运动目标识别、目标分类、特征提取等方面具有非常重要的意义。利用ISAR对运动目标连续测量获得的回波信号来精确重构空中目标三维坐标的方法，能够实际应用于运动目标识别、目标分类、特征提取等其他军事活动等领域。传统的ISAR三维成像方法大致可分为两类：第一类是基于干涉逆合成孔径雷达InISAR的三维成像技术，其通过多个接收雷达或发射雷达同时对目标进行观测，获得多幅二维ISAR图像，对多幅二维ISAR图像进行干涉处理形成三维图像。该类InISAR三维成像技术虽然具有信号处理过程简单易行的优点，但其高度维分辨率严重依赖于接收雷达数目，其硬件设备的复杂度以及发射信号设计的难度较高。第二类是利用合作目标运动的ISAR三维成像技术，其通过对接收到的回波信号进行参数估计，利用估计得到的信号参数和目标的运动参数计算目标的三维坐标。该方法成像复杂度高且需要已知目标的运动参数，因此不能对非合作目标进行成像，具有一定的局限性。

哈尔滨工业大学的孙思博等人在“IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE ANDELECTRONIC SYSTEMS”期刊2016年3月发表的“Three-Dimensional Aircraft ISARImaging Based on Shipborne Radar”文献中提出一种三维成像方法，该方法通过对接收到的回波进行参数估计，得到信号的多普勒频率及调频率，利用雷达自身的运动参数和估计得到的信号参数进行三维成像。但该方法不能实现三维坐标联合估计，算法复杂度高，且估计精度低。

发明内容

本发明的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种矢量建模优化反演的运动目标三维成像方法，以在目标运动参数未知的情况下，联合估计目标的三维坐标，降低硬件及成像复杂度，提高估计精度，扩大应用范围。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括：

(1)对ISAR单基地雷达系统在一次观测时间段内接收的回波信号，依次进行解线频调、平动补偿和快时间维傅里叶变换，得到预处理后的ISAR回波；

(2)利用雷达自身运动参数，构建三维重构坐标系X′-Y′-Z′；

(3)利用构建的三维重构坐标系X′-Y′-Z′，构建目标散射点在三维重构坐标系下的三维重构坐标x、y、z的表达式：

其中，r是散射点到散射点中心的向量，i(0)是t_m＝0时刻雷达视线方向单位向量，t_m为慢时间，R_Δ是目标散射点到散射点中心的向量沿距离维方向投影的距离，v是雷达的运动速度，w是目标散射点在中间方向向量n₄上的投影长度，θ是中间方向向量n₄和方位维方向向量方向n₂之间的夹角；

(4)利用预处理后的ISAR回波和三维重构坐标x、y、z的表达式，建立求解目标三维重构坐标的稀疏优化问题：