[发明专利]一种宽带雷达空间锥体目标的干涉式三维成像与微动特征提取方法

摘要

本发明针对已有单基以及双/多基雷达方法难以获取目标真实三维像与三维微动特征，系统实现复杂这一问题，将干涉式逆合成孔径雷达(InISAR)中多天线干涉处理的思想引入到空间锥体目标三维成像与三维微动特征提取研究中，提出一种宽带雷达空间锥体目标的干涉式三维成像与微动特征提取方法，将微多普勒效应理论与多天线干涉处理技术相结合，利用距离‑慢时间像实现了空间锥体目标真实三维成像，获取了与目标的物理尺寸一致，能够反映散射点每个瞬时时刻真实三维散射分布信息的坐标值，并在此基础是精确求解目标微动参数与结构参数。经过实例仿真验证，本发明专利算法相较已有方法，运算简单，系统实现容易，鲁棒性好，能够提取更多的目标参数，有一定的应用优势。

主权项

1.一种宽带雷达空间锥体目标干涉式三维成像与微动特征提取方法，其特征在于：包括下列步骤：第一步：建立数学模型，在此基础上分析空间锥体目标的微动特性，对回波信号进行解线频调(Dechirp)处理，利用L型三天线获取目标散射点对应于三个天线的距离‑慢时间像；具体步骤如下：(1)分析空间锥体目标的微动运动形式，建立宽带雷达空间锥体目标L型三天线干涉式三维成像的数学模型；(2)计算目标散射点到收发一体的天线A、接收天线B、C的距离Rref‑A(tm)、Rref‑B(tm)、Rref‑C(tm)，并将其作为参考距离，分别对天线A、B、C接收的回波进行Dechirp处理，其中天线A位于雷达坐标系原点，接收天线B、C构成沿X轴和Z轴方向相互垂直的干涉基线，tm为慢时间，m表示发射的是第m个信号；(3)去除Dechirp处理结果中的剩余视频相位(RVP)项和包络斜置项，利用关系式fk＝‑2μRΔ(tm)/c将一维距离像Sd(fk,tm)转换为距离‑慢时间像Sd(RΔ(tm),tm)，其中fk为峰值频率，μ为信号的调频斜率，RΔ(tm)为散射点到参考点的径向距离；第二步：将三天线对应的距离‑慢时间像中各散射点的相位分离出来，分别进行干涉，并根据目标与雷达的几何关系解算出散射点在X维与Z维的投影坐标x(tm)、z(tm)，再通过雷达测距获取散射点在Y维的坐标y(tm)，最终实现目标真实三维成像；具体步骤如下：(1)筛选出各距离‑慢时间像中大于最大值20％的数据作为后续处理的基础，以消除杂波和旁瓣的影响，并采用数学形态学图像处理方法对筛选点进行图像平滑、去除毛刺、骨架提取预处理；(2)根据同一曲线上各点前后导数之差的和最小的原则由骨架提取结果分离出不同散射点的曲线路径，提取曲线路径，并据此反演出各散射点在各距离‑慢时间像中的相位，去除微多普勒曲线交点处的相位值；(3)将从天线A所对应的距离‑慢时间像中反演出的各散射点相位分别与天线B、C所对应的距离‑慢时间像中反演出的各散射点相位进行干涉处理，获得干涉相位再根据目标与雷达的几何关系解算出X维与Z维的投影坐标x(t_m)、z(t_m)；(4)计算各散射点到A天线的斜距作为散射点的Y维坐标y(tm)，最终实现目标真实三维成像；第三步：利用获取的目标散射点各维坐标曲线，根据其循环平均幅度差函数(Circular Average Magnitude Difference Function，CAMDF)，估计目标微动周期；建立空间锥体目标微动模型，利用已解算出的目标真实三维像，求解目标结构参数；具体步骤如下：(1)任选一维重构坐标曲线，求解其CAMDF，据此估计出目标的进动周期T_p与锥旋周期T_c，并求解目标自旋周期其中N_p为一个进动周期内R_Δ(t_m)曲线的极大值点个数；(2)建立空间锥体目标进动模型，利用已解得的散射点各维坐标，结合锥体目标结构及进动特性，计算出进动角ε，目标半锥角γ、长度h与底面半径r；(3)在不同间隔、不同时刻抽取800组点数据分别进行参数估计，以其平均值作为最终的估计结果，以平滑回波信号处理与干涉三维成像过程中引入的误差。