专利名称：基于sal回波数据的目标振动检测方法
技术领域：
本发明涉及激光成像领域，尤其是一种基于SAL回波数据的目标振动检测方法。
背景技术：
随着激光技术、激光接收技术的进步，随着社 会各领域对高精度探测需求的日益增长，激光成像技术正越来越受到人们的广泛关注。特别是近年来其在遥感、测绘、大气观测、资源调查等领域的逐步应用，更推动了成像技术不断向前发展。合成孔径激光雷达(Synthetic Aperture Radar, SAL)是合成孔径成像技术在光波段的扩展，可以弥补雷达波段合成孔径成像分辨率低的不足。SAL成像主要利用回波相位来提取目标的信息，因此，检测和补偿回波相位误差，是SAL系统设计和成像处理技术中最为关键的环节。激光回波相位受多种因素的影响，如发射信号样式、线性调频光源本身的高阶相位误差、大气散射与湍流、光纤等传输介质的色散及衰减、回波信号接收体制、发射/接收光学系统特性、目标本身的散射截面特性等，往往难以得到精确的目标回波相位信息，从而引起目标属性测量误差。与上述因素不同的是，目标与SAL系统之间相对运动引起的相位误差，特别是目标振动误差，难以通过系统自身的优化设计来解决，需要通过回波数据的处理来进行检测和处理。目前，还没有通过SAL回波数据来直接检测目标振动的检测方法。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够从SAL回波数据中直接检测目标振动、便于实现振动影响下的SAL成像相干补偿、提升成像精度的基于SAL回波数据的目标振动检测方法。为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案一种基于SAL回波数据的目标振动检测方法，该方法包括下列顺序的步骤(I)将平衡探测器输出的激光回波数据在方位向上进行子孔径分割；(2)将子孔径分割后的数据分别进行方位压缩获得初步的子孔径图像数据，并计算各子孔径图像的熵；(3)使用K均值聚类算法按照熵值对各子图像进行分类，确定受目标振动影响形成的坏数据，对坏数据进行标记。由上述技术方案可知，本发明依据目标振动对SAL成像的影响规律，对回波数据进行子孔径分解，通过检测子孔径图像熵的方法判别目标振动影响，经K均值聚类算法对各子孔径数据依据熵值进行聚类，进而判定目标振动出现的时段，将目标振动导致的坏数据进行标记后，进入后续成像处理流程。本发明充分利用了振动对SAL成像的影响规律和特性，从SAL回波数据中直接检测目标振动，避免了对其他辅助设备和手段的依赖，便于实现振动影响下的SAL成像相干补偿，提升成像精度。
图I为本发明的工作流程图。
具体实施例方式如图I所示，一种基于SAL回波数据的目 标振动检测方法，该方法包括下列顺序的步骤第一，将平衡探测器输出的激光回波数据在方位向上进行子孔径分割。为方便处理，子孔径分割是将激光回波数据在方位向上分割为2的N次方个子孔径图像数据，若子孔径图像数据的数目分得多，即N取值取的大，在进行检测处理后被误标记的数据可能会少一些，然而这样做一方面增加了振动误差补偿的运算量，另一方面使得受损失数据与正常数据间对应的熵值差距缩小，不利于分辨，因此，一般N的值取3或4即可。第二，将子孔径分割后的数据分别进行方位压缩获得初步的子孔径图像数据，并计算各子孔径图像的熵。在进行子孔径分割后，首先对分割后的子孔径图像进行方位向压缩，再对子孔径图像数据中各点的幅值进行归一化，最后计算子孔径图像的熵。考虑到速度、加速度误差、距离徙动等因素对子图像熵的影响远不及目标振动的影响，这里无需进行距离徙动校正和相位误差估计，提高了运算效率。计算子孔径图像的熵的公式如下
M-IN-I __Ch =-^^I(x,y)ln!l(x,y)](I)
x=0 y=0其中I(x,y)是图像幅度归一化后的值，有
、— |g(x>y)j2
_7]⑵
X Y公式(I)为图像熵的定义，公式(2)求的是图像上(X，y)点的幅度值g (X，y)归一化后的值，M、N分别对应X、y轴的像素点数。第三，使用K均值聚类算法按照熵值对各子图像进行分类，确定受目标振动影响形成的坏数据，对坏数据进行标记。使用K均值聚类算法按照熵值对各子图像进行分类的方法步骤如下a)选取初始聚类中心；b)对样本点进行分类；c)调整聚类中心，并迭代运算。在分类完成后，判断熵值最大的一类是否大于设定阈值，若判断结果为是，则判定有目标振动误差，进行坏数据标记；否则，不进行振动补偿。在对坏数据标记之后，进行后续处理，即在接下来进行的成像处理中抛弃不用，或者进行不同于良好数据的误差补偿，从而避免坏数据损害成像质量。总之，本发明的优点如下I、通过SAL成像图像熵特征的提取与分类，解决了 SAL成像中目标振动误差检测难题，可实现基于回波数据的目标振动检测；2、充分利用目标速度、加速度误差与振动误差对图像熵影响的差别，将混杂于速度加速度误差之中的目标振动误差检测出来，解决了目标振动误差与速度加速度误差的区别问题；3、在子孔径图像熵检测中，只对子孔径数据进行方位压缩，而无需考虑距离徙动等因素，极大降低了算法的运算 量，提高了检测效率；4、通过合理子孔径分割，坏数据标记，为后续成像处理提供了高质量的回波数据，降低了相位误差补偿难度。
权利要求
1.一种基于SAL回波数据的目标振动检测方法，该方法包括下列顺序的步骤 (1)将平衡探测器输出的激光回波数据在方位向上进行子孔径分割； (2)将子孔径分割后的数据分别进行方位压缩获得初步的子孔径图像数据，并计算各子孔径图像的熵； (3)使用K均值聚类算法按照熵值对各子图像进行分类，确定受目标振动影响形成的坏数据，对坏数据进行标记。
2.根据权利要求I所述的基于SAL回波数据的目标振动检测方法，其特征在于所述的子孔径分割是将激光回波数据在方位向上分割为2的N次方个子孔径图像数据。
3.根据权利要求I所述的基于SAL回波数据的目标振动检测方法，其特征在于在进行子孔径分割后，首先对分割后的子孔径图像进行方位向压缩，再对子孔径图像数据中各点的幅值进行归一化，最后计算子孔径图像的熵。
4.根据权利要求I所述的基于SAL回波数据的目标振动检测方法，其特征在于使用K均值聚类算法按照熵值对各子图像进行分类的方法步骤如下 a)选取初始聚类中心； b)对样本点进行分类； c)调整聚类中心，并迭代运算。
5.根据权利要求I所述的基于SAL回波数据的目标振动检测方法，其特征在于在分类完成后，判断熵值最大的一类是否大于设定阈值，若判断结果为是，则判定有目标振动误差，进行坏数据标记；否则，不进行振动补偿。
6.根据权利要求3所述的基于SAL回波数据的目标振动检测方法，其特征在于计算子孔径图像的熵的公式如下
全文摘要
本发明涉及一种基于SAL回波数据的目标振动检测方法，该方法包括下列顺序的步骤将平衡探测器输出的激光回波数据在方位向上进行子孔径分割；将子孔径分割后的数据分别进行方位压缩获得初步的子孔径图像数据，并计算各子孔径图像的熵；使用K均值聚类算法按照熵值对各子图像进行分类，确定受目标振动影响形成的坏数据，对坏数据进行标记。本发明充分利用了振动对SAL成像的影响规律和特性，从SAL回波数据中直接检测目标振动，避免了对其他辅助设备和手段的依赖，便于实现振动影响下的SAL成像相干补偿，提升成像精度。
文档编号G01S17/89GK102879770SQ20121020926
公开日2013年1月16日 申请日期2012年6月21日 优先权日2012年6月21日
发明者胡以华, 郝士琦, 赵楠翔, 李今明, 王磊, 王勇, 李政, 骆盛, 瞿福琪 申请人:中国人民解放军电子工程学院