高海况下海面舰船目标成像方法及装置与流程

本发明涉及机载雷达成像技术领域，尤其涉及高海况下海面舰船目标的sar/isar混合成像方法及装置。

背景技术：

逆合成孔径雷达(inversesyntheticapertureradar，isar)通过运动目标相对于雷达的相对运动来形成合成孔径从而进行高分辨成像。但机载平台直接对舰船目标成像时成像质量较低，这主要是因为机载运动平台对海面舰船目标进行成像时，既有sar的分量，又有isar的分量，如果没有精细的运动补偿，对舰船目标直接进行成像会出现散焦，特别是在高海况下，舰船目标的非规则运动进一步加剧，导致高海况下对海面舰船目标isar成像时的“分辨率模糊”问题。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供高海况下海面舰船目标的sar/isar混合成像方法、存储介质及装置。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种高海况下海面舰船目标成像方法，包括：

获取惯导信息，根据所述惯导信息构造与机载平台非理想运动相对应的第一距离走动校正因子和相位误差补偿因子；

获取海面舰船目标的原始回波信号，根据所述第一距离走动校正因子对所述原始回波信号进行校正，然后将校正后的原始回波信号变换到距离-时间域，根据所述相位误差补偿因子对所述距离-时间域的回波信号进行相位补偿；

根据所述机载平台的运动信息构造第二距离走动校正因子和距离向的脉冲压缩因子，根据所述第二距离走动校正因子和所述脉冲压缩因子对相位补偿后的回波信号进行距离压缩；

根据所述机载平台的运动信息构造距离弯曲校正因子，根据所述距离弯曲校正因子对距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正；

对距离弯曲校正后的回波信号进行时频变换，将距离-时间域的回波信号转换到距离-时间-频率域；

根据所述距离-时间-频率域的回波信号，选取能量最大的距离单元按照预设的角度间隔进行拉东变换，在拉东参数平面寻找峰值点的位置，求出与所述峰值点的位置对应的角度偏移量；

根据所述角度偏移量求取所述海面舰船目标非规则运动的加速度，根据所述加速度构造加速度补偿因子，根据所述加速度补偿因子在频域对距离弯曲校正后的回波信号进行高阶相位的补偿；

对高阶相位补偿后的回波信号进行方位向的傅里叶分析，得到所述海面舰船目标的成像结果。

本发明的有益效果是：本发明提供的成像方法，通过惯导信息补偿掉机载平台的非理想运动，并通过精细化的参数估计补偿掉海面舰船目标的非规则运动，最后进行sar/isar混合成像，克服了高海况下对海面舰船目标isar成像时的“分辨率模糊”问题，实现了对舰船目标的高分辨成像，同时，本发明不需要对现有的雷达设备进行硬件改进，具有很好的工程应用前景。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案所述的高海况下海面舰船目标成像方法。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种高海况下海面舰船目标成像装置，包括：

存储器，用于存储计算机程序；

处理器，用于执行所述计算机程序，实现如上述技术方案所述的高海况下海面舰船目标成像方法。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明成像方法的实施例提供的流程示意图；

图2为传统成像方法对海面舰船目标实时成像结果示意图；

图3为本发明成像方法的实施例提供的对海面舰船目标实时成像结果示意图；

图4为本发明成像方法的其他实施例提供的雷达探测场景示意图；

图5为本发明成像装置的实施例提供的结构框架图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明成像方法的实施例提供的流程示意图，该高海况下海面舰船目标成像方法为sar/isar混合成像，包括：

s1，获取惯导信息，根据惯导信息构造与机载平台非理想运动相对应的第一距离走动校正因子和相位误差补偿因子；

需要说明的是，惯导信息可以由机载平台的检测装置进行检测得到，包括运动平台沿各个方向的运动矢量，以及运动平台与正北方向的夹角等。可以通过惯导信息推导航线方向误差，进而得到第一距离走动校正因子和相位误差补偿因子。

应理解，机载平台可以为飞机、无人机等飞行器。

s2，获取海面舰船目标的原始回波信号，根据第一距离走动校正因子对原始回波信号进行校正，然后将校正后的原始回波信号变换到距离-时间域，根据相位误差补偿因子对距离-时间域的回波信号进行相位补偿；

优选地，可以先对原始回波信号进行距离维的fft变换，然后与第一距离走动校正因子相乘，然而进行距离维的ifft变换，转换到距离时域，得到校正结果，然后可以直接乘以相位误差补偿因子，进行相位补偿，例如：

e1(τ,tm)＝ifft[fft(e0(τ,tm))·h01]

其中，fft(·)和ifft(·)分别表示距离维fft变换和距离维ifft变换，e0(τ,tm)表示原始回波信号，τ为快时间，tm＝mtr表示慢时间，tr为脉冲重复周期，h01为第一距离走动校正因子。

然后，对载机非理想运动校正后的结果e1(τ,tm)进行相位补偿，即：

e2(τ,tm)＝e1(τ,tm)·h02

其中，e2(τ,tm)为相位补偿后的回波信号，h02为相位误差补偿因子。

s3，根据机载平台的运动信息构造第二距离走动校正因子和距离向的脉冲压缩因子，根据第二距离走动校正因子和脉冲压缩因子对相位补偿后的回波信号进行距离压缩；

需要说明的是，第二距离走动校正因子是为了减少雷达平台运动所引起的目标跨距离单元走动现象，进行的距离走动校正。

优选地，对相位补偿后的回波信号进行fft变换后，乘以第二距离走动校正因子和距离向的脉冲压缩因子，然后再进行ifft变换，完成距离校正和距离压缩，例如：

e3(τ,tm)＝ifft[fft(e2(τ,tm))·h11·h12]

其中，e3(τ,tm)表示距离压缩后的距离-时间域的回波信号，h11为第二距离走动校正因子，h12为距离向的脉冲压缩因子。

s4，根据机载平台的运动信息构造距离弯曲校正因子，根据距离弯曲校正因子对距离压缩后的回波信号进行距离弯曲校正；

优选地，可以对距离压缩后的回波信号进行距离维和方位维的二维fft变换，然后乘以距离弯曲校正因子，然后再进行距离维和方位维的二维ifft变换，完成距离弯曲校正，例如：

s(τ,tm)＝ifft2[fft2(e3(τ,tm))·h2]

其中，s(τ,tm)表示距离弯曲校正后的距离-时间域的回波信号，fft2(·)表示距离维和方位维的二维fft变换，ifft2(·)表示距离维和方位维的二维ifft变换。

s5，对距离弯曲校正后的回波信号进行时频变换，将距离-时间域的回波信号转换到距离-时间-频率域；

优选地，可以使用cohen类时频分布变换，将距离-时间域的回波信号转换到距离-时间-频率域。

s6，根据距离-时间-频率域的回波信号，选取能量最大的距离单元按照预设的角度间隔进行拉东变换，在拉东参数平面寻找峰值点的位置，求出与峰值点的位置对应的角度偏移量；

需要说明的是，预设的角度间隔可以根据实际需求设置，例如，可以为0.1°。

拉东变换的公式定义为：

其中，c(τ,t,f)表示经过时频变换之后的距离-时间-频率域的回波数据。

s7，根据角度偏移量求取海面舰船目标非规则运动的加速度，根据加速度构造加速度补偿因子，根据加速度补偿因子在频域对距离弯曲校正后的回波信号进行高阶相位的补偿；

优选地，可以通过由角度偏移量对应的线性调频信号的归一化频率公式和由加速度引起的归一化频率公式联立求得加速度。

例如，假设依据搜索得到的峰值对应的弧度为θ0，则θ0对应的线性调频信号的归一化频率可以表示为

其中，n为脉冲数，tr为脉冲重复周期。同时，由于加速度所引起的归一化调频率可以写为：

通过联立求解步骤六中的两个与调频率有关的公式，可以求得加速度为：

优选地，可以对距离弯曲校正后的回波信号进行fft变换，乘以加速度补偿因子，然后再进行ifft变换，完成高阶相位的补偿，例如：

s1(τ,tm)＝ifft[fft(s(τ,tm))·h2]

其中，h3表示加速度补偿因子。

s8，对高阶相位补偿后的回波信号进行方位向的傅里叶分析，得到海面舰船目标的成像结果。

优选地，可以对高阶相位补偿后的回波信号进行fft变换，得到成像结果，例如：

s2(τ,fa)＝fft(s1(τ,tm))

其中，s2(τ,fa)为舰船目标的isar成像结果。

需要说明的是，为了实现上述成像方法，可以预先建立成像系统，例如，可以包括：惯导补偿模块、距离徙动校正和脉压模块、时频变换模块、radon变换模块、峰值搜索模块、高阶相位补偿因子构造模块和方位向多普勒分析模块。

其中，惯导补偿模块可以用于依据惯导信息对运动平台的误差进行补偿；

距离徙动校正和脉压模块的可以用于对回波信号进行距离向的距离徙动校正和距离脉压；

时频变换模块可以用于对距离脉压后的数据进行时频变换，将距离-时间域数据转化到距离-时间-频率域；

radon变换模块可以用于选取能量较大的距离单元依一定的角度间隔进行radon变换；

峰值搜索模块可以用于在radon参数平面寻找峰值点的位置，并求出对应的角度偏移量；

高阶相位补偿因子构造模块可以用于根据求取的角度偏移量求取舰船非规则运动的加速度，从而进一步构造出高阶相位补偿因子；

方位向多普勒分析模块可以用于利用求得的高阶相位补偿因子在频域对回波信号进行高阶相位的补偿，最后进行方位向的傅立叶分析得到舰船目标的isar成像结果

为说明本发明的效果，根据本发明的技术方案进行仿真验证，仿真实验环境为matlabr2015a，intel(r)xeon(r)2cpue5-2630v4@2.2ghz，window7旗舰版。

将机载雷达获取的回波数据，在仿真环境下使用本发明的技术方案对海面某舰船目标进行成像，得到海面舰船目标的isar成像结果，图2为传统成像方案的成像结果，图3为本发明方案的成像结果。

从图2和图3中可以直观地看出，相较于传统方法，本发明的成像结果中，对海面舰船目标的成像结果更加清晰，清楚地显示出了舰船的轮廓，而传统成像方法则由于舰船的晃动、机载平台的运动等原因，出现了横向的模糊。

本实施例提供的成像方法，通过惯导信息补偿掉机载平台的非理想运动，并通过精细化的参数估计补偿掉海面舰船目标的非规则运动，最后进行sar/isar混合成像，克服了高海况下对海面舰船目标isar成像时的“分辨率模糊”问题，实现了对舰船目标的高分辨成像，同时，本发明不需要对现有的雷达设备进行硬件改进，具有很好的工程应用前景。

如图4所示，提供了一种示例性的雷达探测场景示意图，其中机载平台为飞机，以机载平台为中心建立o-xyz空间直角坐标系，飞机沿一定的方向以速度v飞行，飞行方向与正北方向的夹角为α，飞行高度为h，假设在海面上有一个待探测的海面舰船目标，以舰船为中心建立o’-xbybzb空间直角坐标系，舰船沿一定的方向以速度v运动，飞机与舰船之间的直线距离为rs，即场景中心距，下视角为β。飞机以一定的频率向海面舰船目标发射探测波，获取回波信号，下面结合图4，对本发明的一些可选实施方式进行说明。

可选地，在一些实施例中，获取惯导信息，根据惯导信息构造与机载平台非理想运动相对应的第一距离走动校正因子和相位误差补偿因子，具体包括：

获取惯导信息，根据惯导信息求取垂直航线方向误差和竖直航线方向误差；

根据垂直航线方向误差和竖直航线方向误差求取因机载平台非理想运动而引起的沿波束视线方向的运动误差；

根据运动误差构造与机载平台非理想运动相对应的第一距离走动校正因子和相位误差补偿因子。

本实施例通过惯导信息对机载平台的非理想运动进行补偿，能够提高成像的精度。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算垂直航线方向误差δy和竖直航线方向误差δz：

其中，vn为机载平台沿正北方向的速度矢量，ve为机载平台沿正东方向的速度矢量，vd表示沿竖直向下方向的运动速度矢量，α为机载平台与正北方向的夹角，表示积分操作，表示求平均操作，tm＝mtr表示慢时间，m表示整数，tr为脉冲重复周期；

根据以下公式计算运动误差δr：

δr＝δzcosβ+δysinβ

其中，β表示下视角，其计算公式为：

其中，h表示运动平台的高度，rs为场景中心距；

根据以下公式计算第一距离走动校正因子h01和相位误差补偿因子h02：

其中，τ为快时间，λ为雷达波长，c为光速，fr为距离频率，取值范围为fs为采样频率。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算第二距离走动校正因子h11和距离向的脉冲压缩因子h12：

其中，δr(tm)≈-vsin(θ0)tm，v为机载平台的速度，θ0为雷达的波束视线与机载平台运动方向的法线方向的夹角，fr为距离频率，取值范围为fs为采样频率，tm＝mtr表示慢时间，m表示整数，tr为脉冲重复周期，c为光速，kr为距离向的方位向调频率。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算距离弯曲校正因子h2：

其中，rs为场景中心距，fa为多普勒频率，取值范围为far为脉冲重复频率，fr为距离频率，取值范围为fs为采样频率，v为机载平台的速度，λ为雷达波长，c为光速。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式对距离弯曲校正后的回波信号进行时频变换：

其中，s(τ,tm)表示距离弯曲校正后的回波信号，s*(·)表示取共轭操作，u,x,v,t,f表示时频变换的参数c(τ,t,f)表示经过时频变换之后的距离-时间-频率域的回波信号，φ(x,v)为核函数。

应理解，cohen可以认为是平滑后的wvd分布，当φ(x-t)＝1就是wvd分布。当核函数取指数分布时，则为cw分布。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算加速度

其中，θ0为峰值点的位置对应的角度偏移量，n为脉冲数，tr为脉冲重复周期，fr为距离频率，c为光速，fc表示载频。

可选地，在一些实施例中，根据以下公式计算加速度补偿因子h3：

其中，tm＝mtr表示慢时间，m表示整数，tr为脉冲重复周期，f表示经过时频变换之后的距离-时间-频率域的回波信号的频率。

可以理解，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部可选实施方式。

在本发明的其他实施例中，还提供一种存储介质，该存储介质中存储有指令，当计算机读取该指令时，使计算机执行如上述任意实施例所述的高海况下海面舰船目标成像方法。

在本发明的其他实施例中，如图5所示，还提供一种高海况下海面舰船目标成像装置，包括：

存储器1，用于存储计算机程序；

处理器2，用于执行计算机程序，实现如上述任意实施例所述的高海况下海面舰船目标成像方法。

需要说明的是，上述实施例是与在先方法实施例对应的产品实施例，对于产品实施例的可选实施方式及说明可以参考上述各方法实施例中的对应实施方式及说明，在此不再赘述。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的方法实施例仅仅是示意性的，例如，步骤的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个步骤可以结合或者可以集成到另一个步骤，或一些特征可以忽略，或不执行。

上述方法如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read-onlymemory)、随机存取存储器(ram，randomaccessmemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。