技术特征：
1.一种飞机机翼isar回波振动补偿与整体聚焦成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，对回波数据依次进行一阶keystone校正、调频率估计与补偿，得到补偿后的回波数据；步骤2，对所述补偿后的回波数据进行方位压缩并计算所有距离单元回波的能量和熵值，去除能量和熵值较低的距离单元后，筛选出含有振动散射点的距离单元回波；步骤3，从所述含有振动散射点的距离单元回波中选取任一距离单元回波数据，建立以振动参数为优化变量，以振动分量补偿后的距离单元回波方位成像结果的熵值为目标函数的无约束优化求解模型；利用粒子群优化算法估计振动参数，并在方位频域分离该振动参数对应的振动散射点回波信号，通过估计的振动参数构造相位补偿函数，采用所述相位补偿函数对所述振动散射点信号进行补偿，获得去除振动分量后的距离单元回波信号；步骤4，对所述含有振动散射点的距离单元回波中的每个距离单元回波数据迭代应用步骤3，获得飞机目标去除机翼振动分量的整体回波信号；步骤5，对所述飞机目标去除机翼振动分量的整体回波信号进行方位压缩处理，输出飞机目标整体聚焦的isar图像。2.根据权利要求1所述的飞机机翼isar回波振动补偿与整体聚焦成像方法，其特征在于，步骤1具体包含以下子步骤：子步骤1.1，假设雷达发射线性调频信号，机翼上含有k1个散射点，机身含有k2个散射点，其距离向采样点数为m，方位向脉冲数为n，经过平动补偿和去斜处理后的回波数据s(f
r
,t)为；其中，t为方位慢时间，rect(
·
)为矩形窗函数，σ为后向散射系数，j为虚数单位，f
c
为信号载频，f
r
为距离频率，b为信号带宽，c为电磁波传播速度；r
p
(t)为第p个机翼散射点与雷达的瞬时距离，r
q
(t)为第q个机身散射点与雷达的瞬时距离，表达式分别如下：表达式分别如下：其中，(x
p
,y
p
)为第p个机翼散射点相对于飞机中心的坐标，α和β分别表示飞机与雷达连线在雷达测量坐标系中的方位角和俯仰角，ω为目标转动角速度，θ0为机翼最大振动角度，f
v
为机翼振动频率，为机翼振动初相，(x
q
,y
q
)为第q个机身散射点相对于飞机中心的坐标；
子步骤1.2，在相干积累时间内，由于转动分量的影响，散射点距离包络跨多个距离单元，使用一阶keystone变换对整体回波进行越距离单元徙动校正：f
c
τ＝(f
c
+f
r
)t其中，τ为虚拟慢时间，经过上述变量代换可完成徙动校正，使得同一主体散射点处于同一距离单元内；子步骤1.3，使用方位调频率估计方法，补偿回波沿方位向的二次相位变化，得到补偿后的回波数据为s：s＝s1(r,τ)+s2(r,τ)其中，s1(r,τ)为调频率补偿之后的机身回波，s2(r,τ)为调频率补偿之后的机翼回波；其中，调频率补偿之后的机身回波为：式中，sinc(
·
)为辛格函数，r为回波矩阵的距离单元的位置，a和b分别表示与散射点有关的距离单元位置和方位单元位置，表达式如下所示：a＝(xcosα+ysinα)cosβb＝(ycosα
‑
xsinα)cosβω式中，x和y分别表示目标坐标系下散射点的横向坐标和纵向坐标；调频率补偿之后的机翼回波为：其中，f为经过补偿后的正弦相位的变化频率，a为与散射点坐标相关的幅度值，f的表达式如下所示：3.根据权利要求2所述的飞机机翼isar回波振动补偿与整体聚焦成像方法，其特征在于，步骤2包含以下子步骤：子步骤2.1，对所述补偿后的回波数据进行方位傅里叶变换计算，得到方位成像结果q；并按照下述公式计算每个距离单元回波的能量p
i
和熵值e
i
：：其中，|
·
|表示取模运算，i＝1,2,
…
,m表示回波距离单元标号，q
i
为1
×
n的向量，表示第i个距离单元回波，q
i
(n)表示q
i
中第n个采样点的值，p
i
和e
i
分别表示第i个距离单元回波的能量和熵值；
子步骤2.2，将所有距离单元回波的能量从低到高排序，设置能量阈值，剔除能量低于所述能量阈值的距离单元回波；子步骤2.3，设置熵值门限，再将熵值低于所述熵值门限的距离单元回波剔除，则剩余的距离单元就是筛选出来的含有振动散射点的距离单元回波。4.根据权利要求3所述的飞机机翼isar回波振动补偿与整体聚焦成像方法，其特征在于，子步骤2.2中，所述能量阈值为：计算所有距离单元回波的能量的平均能量e
a
，所述平均能量e
a
的50％即为能量阈值。5.根据权利要求3所述的飞机机翼isar回波振动补偿与整体聚焦成像方法，其特征在于，步骤3包含以下子步骤：子步骤3.1，将机翼振动散射点的振动参数建模为利用振动参数构造相位补偿因子pha：子步骤3.2，使用相位补偿因子对某一距离单元回波s
i
进行补偿，得到振动分量补偿后的距离单元回波s
′
i
：s
′
i
＝s
i
·
pha子步骤3.3，计算振动分量补偿后的距离单元回波s
′
i
方位成像结果的熵值；以所述振动分量补偿后的距离单元回波s
′
i
方位成像结果的熵值为优化的目标函数，以振动参数为待优化的变量，建立振动参数估计的无约束优化求解模型如下：其中，为振动参数估计值，e
i
(θ)为计算第i个距离单元回波在振动参数θ构造的补偿因子补偿后方位成像结果的熵值；子步骤3.4，采用粒子群优化算法求解所述无约束优化求解模型，估计一个距离单元中最强振动散射点的振动参数；子步骤3.5，利用估计的振动参数构造方位图像域滤波器，将该散射点回波从距离单元回波中分离，得到振动散射点回波信号；子步骤3.6，利用估计的振动参数构造相位补偿函数，采用所述相位补偿函数对所述振动散射点回波信号进行补偿，并累加至输出的去除振动分量后的距离单元回波信号；子步骤3.7，若距离单元回波剩余能量小于门限阈值δ或者迭代次数达到最大迭代次数时，则停止迭代，获得去除振动分量后的距离单元回波信号；否则，跳转至子步骤3.4继续执行。6.根据权利要求5所述的飞机机翼isar回波振动补偿与整体聚焦成像方法，其特征在于，子步骤3.4具体包含以下子步骤：子步骤3.4.1，基于粒子群优化算法构建所述振动参数估计的无约束优化求解模型，在三变量的优化求解问题中，建立包含d个粒子的种群，其中，第m个粒子的位置和速度分别为x
m
＝{x
m1
,x
m2
,x
m3
}和v
m
＝{v
m1
,v
m2
,v
m3
}，每个粒子位置分别表示待估计的机翼振动参数；所有粒子的位置构成解空间x＝{x1,x2,
…
,x
d
}，粒子本身历史最优位置为
pbest
m
＝{pbest
m1
,pbest
m2
,pbest
m3
}，种群历史最优位置为gbest＝{gbest1,gbest2,gbest3}；粒子的速度和位置更新公式如下所示：粒子的速度和位置更新公式如下所示：其中，和分别表示第l次迭代时第m个粒子的速度和位置，w为惯性系数，c1和c2表示加速常数，rand1和rand2表示均匀分布于区间[0,1]的随机数，表示第l次迭代时第m个粒子的个体最优位置，gbest
l
表示第l次迭代时种群的最优位置；子步骤3.4.2，参数初始化：设置最大迭代次数g
max
和当前迭代次数l＝1，确定粒子群规模d，粒子速度边界v
max
；对d个粒子在解空间内随机初始化，设定粒子速度为
‑
v
max
和v
max
区间随机分布，避免初始速度越界；最后，随机初始化每个粒子的个体最优位置pbest
i
以及种群最优位置gbest；子步骤3.4.3，针对每个粒子，计算基于该粒子对应的振动参数相位补偿后的方位成像结果的熵值子步骤3.4.4，更新粒子的pbest
m
和种群的gbest；若粒子当前熵值小于粒子最小熵值，则记录当前熵值并更新为当前位置；比较所有粒子熵值的最小值与全局最优熵值的大小，若则记录其熵值并更新gbest
l+1
为当前最优位置；子步骤3.4.5，更新粒子的速度和位置：在搜索过程中若出现粒子速度越界情况则需进行越界处理；即若v
m
>v
max
，则令v
m
＝v
max
；若v
m
<
‑
v
max
，则令v
m
＝
‑
v
max
；子步骤3.4.6，判断迭代终止条件：若当前迭代次数l>g
max
，则算法终止，输出振动参数估计的最优值否则，跳转至子步骤3.4.4继续执行。7.根据权利要求1所述的飞机机翼isar回波振动补偿与整体聚焦成像方法，其特征在于，步骤4包含以下子步骤：子步骤4.1，用集合t表示所有的筛选出的含有振动散射点的距离单元回波，并将筛选出的含有振动散射点的距离单元回波集合以标号升序排列，并使用新的标号表示为t＝{t1,t2,
…
,t
l
}，并初始化迭代次数k＝1；子步骤4.2，判断距离单元回波数据t
k
是否属于集合t，若属于集合t，则执行子步骤4.3；否则，结束迭代，跳至步骤5；子步骤4.3，利用步骤3获得去除振动分量的距离单元回波信号t
k
′
，替换原始回波对应位置的回波信号，并更新迭代次数，令k增加1，跳至子步骤4.2。8.根据权利要求1所述的飞机机翼isar回波振动补偿与整体聚焦成像方法，其特征在于，步骤5具体为：对所述飞机目标去除机翼振动分量的整体回波信号进行方位傅里叶变换，得到飞机目标整体聚焦的isar图像。
技术总结
本发明属于ISAR成像技术领域，公开了一种飞机机翼ISAR回波振动补偿与整体聚焦成像方法。首先，对输入的回波数据进行一阶Keystone校正和调频率估计与补偿；其次，根据距离单元回波信号，计算相应的方位成像结果的能量和熵值，筛选出含有振动散射点的回波距离单元；然后，对筛选出的含有振动散射点的回波距离单元应用PSO算法搜索每个振动散射点的振动参数，直至该距离单元回波剩余能量小于预先设定的门限，并构造相位补偿因子，对距离单元回波进行补偿，分离含正弦调制项的散射点回波数据；接着，不断迭代搜索过程，直至满足迭代终止条件，输出去除振动分量的距离单元回波；最后，不断迭代循环搜索筛选出来的距离单元回波，获取去除振动分量的飞机目标回波，通过方位压缩处理实现飞机目标的整体聚焦成像。理实现飞机目标的整体聚焦成像。理实现飞机目标的整体聚焦成像。
技术研发人员：周峰 安斌斌 刘磊 白雪茹 樊伟伟 田甜
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：2021.05.20
技术公布日：2021/9/9