基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法和装置

1.本技术涉及雷达信号处理技术领域，特别是涉及一种基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法和装置。


背景技术：

2.目前，合成孔径雷达（sar）已经成为重要的侦察监视手段，与光学、红外形成有效互补，为战场侦察、目标精确打击提供情报支撑。我国已经装备了卫星、有人机、无人机等多种平台的sar系统。目前，sar技术应用在不断拓展，军事和民用价值日益凸显。随着sar技术的发展，雷达图像数据将呈现爆炸式增长，但sar图像自动解译工作却严重滞后，难以满足实际的图像解译需求。
3.近年来，随着人工智能技术在sar图像解译中的应用，一定程度上提升了sar图像自动解译水平，但距离实用要求仍有差距。阻碍sar图像智能解译的原因有很多，包括数据、算法和算力等等，但其中的首要原因在于数据。我国现有sar目标实测样本数量少，且信息同质化严重，缺少多样性，都属于“小样本”数据，不能有效支撑sar目标智能识别技术研究与处理，因此始终无法达到与光学图像智能解译相当的技术水平，离实用仍有很大差距。因此，若想大幅提升sar图像智能解译水平，必须突破sar目标“小样本”数据限制，获取能够满足sar目标智能识别的大样本数据，才能够获得更好的sar目标智能识别结果。而利用传统机载sar成像获取目标完整成像信息，需要设计复杂的飞行航线，操作极其复杂，代价极其昂贵，不具有实际可行性。


技术实现要素：

4.基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够快速获取大量完整sar目标实测样本的基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法和装置。
5.一种基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法，所述方法包括：获取回波数据，所述回波数据基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到；根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多段子孔径回波数据；对每段所述子孔径回波数据进行处理，得到对应每段所述子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹；根据预设的最小子孔径累积角度将所述子孔径回波数据划分为多段最小子孔径回波数据，并结合对应的所述精确轨迹进行成像处理得到各段所述最小子孔径回波数据对应的子图像；依次对多个完整圆周孔径基线对应的回波数据进行处理得到多个子图像，并将各所述子图像以数据碎片化分布式进行存储；根据样本需求对存储的多个所述子图像进行重组，得到与所述样本需求匹配的样
本集。
6.在其中一实施例中，各所述待观测目标均处于观测场景中心区域。
7.在其中一实施例中，各所述完整圆周孔径基线对应的回波数据为圆周合成孔径雷达对多个待观测目标进行不同俯仰角下的成像探测录取得到。
8.在其中一实施例中，根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多段子孔径回波数据时，各段所述子孔径回波数据中相邻的两段互相重叠、或不重叠。
9.在其中一实施例中，根据不同的圆周合成孔径雷达，选取使得所述子图像的方位向与距离向分辨率相当的子孔径累积角度。
10.在其中一实施例中，对每段所述子孔径回波数据进行处理得到对应每段所述子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹包括：依次对所述子孔径回波数据进行预处理、粗成像、误差估计以及对轨迹进行重构得到所述精确轨迹。
11.在其中一实施例中，在利用最小子孔径回波数据，并结合对应的所述精确轨迹进行成像处理得到各段所述最小子孔径回波数据对应的子图像时，其中成像方法采用时域算法。
12.在其中一实施例中，对所有待观测目标的位置、姿态信息进行记录，并在对应子图像中进行标记。
13.一种基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成装置，所述装置包括：回波数据获取模块，用于获取回波数据，所述回波数据基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到；子孔径回波数据划分模块，用于根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多段子孔径回波数据；精确轨迹得到模块，用于对每段所述子孔径回波数据进行处理，得到对应每段所述子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹；子图像成像模块，用于根据预设的最小子孔径累积角度将所述子孔径回波数据划分为多段最小子孔径回波数据，并结合对应的所述精确轨迹进行成像处理得到各段所述最小子孔径回波数据对应的子图像；碎片化存储模块，用于依次对多个完整圆周孔径基线对应的回波数据进行处理得到多个子图像，并将各所述子图像以数据碎片化分布式进行存储；样本集得到模块，用于根据样本需求对存储的多个所述子图像进行重组，得到与所述样本需求匹配的样本集。
14.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：获取回波数据，所述回波数据基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到；根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多段子孔径回波数据；对每段所述子孔径回波数据进行处理，得到对应每段所述子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹；
根据预设的最小子孔径累积角度将所述子孔径回波数据划分为多段最小子孔径回波数据，并结合对应的所述精确轨迹进行成像处理得到各段所述最小子孔径回波数据对应的子图像；依次对多个完整圆周孔径基线对应的回波数据进行处理得到多个子图像，并将各所述子图像以数据碎片化分布式进行存储；根据样本需求对存储的多个所述子图像进行重组，得到与所述样本需求匹配的样本集。
15.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取回波数据，所述回波数据基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到；根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多段子孔径回波数据；对每段所述子孔径回波数据进行处理，得到对应每段所述子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹；根据预设的最小子孔径累积角度将所述子孔径回波数据划分为多段最小子孔径回波数据，并结合对应的所述精确轨迹进行成像处理得到各段所述最小子孔径回波数据对应的子图像；依次对多个完整圆周孔径基线对应的回波数据进行处理得到多个子图像，并将各所述子图像以数据碎片化分布式进行存储；根据样本需求对存储的多个所述子图像进行重组，得到与所述样本需求匹配的样本集。
16.上述基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法和装置，通过对基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到回波数据进行划分，得到多个段子孔径回波数据，并对每段子孔径回波数据进行处理得到录取该段数据时机载平台的精确路径，同时再对每段子孔径再一次进行划分得到多段最小子孔径回波数据，并结合对应的精确轨迹进行成像处理可得到大量的子图像。基于多基线圆周合成孔径雷达在一次飞行中就可以获得目标0
°
到360
°
完整方位角和不同俯仰角下的成像散射特征，且飞行操作简单，花费小，同时目标信息连续，可根据需要任意重构，扩展性好，重复录取，极大地降低了数据采集成本。
附图说明
17.图1为一个实施例中基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法的流程示意图；图2为一个实施例中圆周合成孔径雷达系统工作模式示意图；图3为一个实施例中实施目标全角度样本生成方法的步骤示意图；图4为另一个实施例中sar成像场景与目标摆放示意图，其中包括6类民用车辆目标，分别为车辆目标1、车辆目标2、车辆目标3、车辆目标4、车辆目标5以及车辆目标6；图5为另一个实施例中sar车辆目标全角度样本库示意图；
图6为一个实施例中基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成装置的结构框图；图7为一个实施例中计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
18.为了使本技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本技术进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本技术，并不用于限定本技术。
19.如图1所示，提供了一种基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法，包括以下步骤：步骤s100，获取回波数据，回波数据基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到；步骤s110，根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多段子孔径回波数据；步骤s120，对每段子孔径回波数据进行处理，得到对应每段子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹；步骤s130，根据预设的最小子孔径累积角度将子孔径回波数据划分为多段最小子孔径回波数据，并结合对应的精确轨迹进行成像处理得到各段最小子孔径回波数据对应的子图像；步骤s140，依次对多个完整圆周孔径基线对应的回波数据进行处理得到多个子图像，并将各所述子图像以数据碎片化分布式进行存储；步骤s150，根据样本需求对存储的多个所述子图像进行重组，得到与所述样本需求匹配的样本集。
20.本方法是基于有人或无人机载的圆周合成孔径雷达（csar）的完备数据集构建方法，采用csar成像模式，利用其能对目标全方位观测的特点，一次飞行能够获取目标在0
°‑
360
°
完整方位角方位内的成像观测数据，并且通过调整记载平台的姿态还可以获得不同俯仰角下目标的成像观测数据的。
21.在步骤s100中，为回波数据的录取步骤，在观测场景中心区域放置多个待观测目标，并采用记载多基线csar成像模式对目标进行不同俯仰角下的成像探测，录取其回波数据。还对所有待观测目标的位置、姿态信息进行记录。
22.在步骤s110中，首先将完整的圆周孔径基线对应的回波数据，以预设的子孔径累积角划分为段子孔径回波数据，并分别标为。在对回波数据进行划分的时候，可根据不同的场景需要，各段子孔径回波数据中相邻的两段互相重叠、或不重叠。
23.回波数据包括多个完整圆周孔径基线对应的回波数据，而各完整圆周孔径基线分别对应不同俯仰角下的成像探测。
24.在对子孔径累积角具体数值进行选取时，根据当前使用的圆周合成孔径雷达系统，选取使得后续得到的子图像中方位向与距离向分辨率相当的子孔径累积角度。
25.在步骤s120中，对子孔径回波数据进行处理得到机载平台在录取该段子孔径回波数据时的精准路线以便于后续生成子图像时更为准确。
26.在其中一实施例中，对子孔径回波数据进行处理时，依次=进行预处理、粗成像、误差估计以及对轨迹进行重构得到精确轨迹。
27.在步骤s130中，进一步对各段子孔径回波数据根据预设的最小子孔径累积角度再次进行划分，划分为段，并结合对应的精确轨迹进行成像得到子图像，也就是说在此可以得到*数量的子图像。
28.在其中一实施例中，子图像成像方法采用时域算法。
29.在本实施例中，步骤s120和步骤s130可以并行处理，以提升效率。
30.在步骤s140中，对其他圆周孔径基线对应的回波数据根据步骤s110到s130进行处理并对应得到子图像，，，，此时可以得到**数量的子图像，并将得到的大量子图像以碎片化分布方式进行储存，以减小单一存储的数据空间压力。
31.在步骤s150中，根据用户系统需求，对存储的子图像进行重组，获取与用户参数（需求）相匹配的目标数据库。
32.在构建图像样本集时，将记录的所有目标的位置以及姿态信息对对应的子图像进行标记。
33.在本文中，还根据本方法通过实测雷达回波数据进行验证，实验结果证明了本方法的有效性。图2是测试雷达系统的工作方式示意图。雷达采用csar工作模式，环绕探测区域飞行，最后利用雷达成像技术将采集到的回波映射成对应于地面场景分布的图像。图3为对所录取的数据进行成像及存储流程图。图4为所获得的子孔径sar场景图以及场景中摆放的车辆目标对应的光学图像，其中包括6类民用车辆目标，分别为车辆目标1、车辆目标2、车辆目标3、车辆目标4、车辆目标5以及车辆目标6。本次实验共收集了6类民用车辆目标的全角度样本，经过本方法数据处理，获得如图5所示sar车辆目标全角度样本库，每类车辆目标都包含了360
°
全角度样本。
34.上述基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法中，基于有人/无人机载圆周合成孔径雷达（csar）的完备数据集构建方法，采用csar成像模式，利用其能对目标全方位观测的特点，一次飞行观测能获取目标在0
°
～360
°
完整方位角范围内的成像观测数据，具有飞行操作简单、代价小、效率高等诸多优点。同时，目标信息连续，可根据需要对目标样本进行任意重构，拓展性好，无需重复录取，能够极大降低数据采集成本。
35.应该理解的是，虽然图1的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图1中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，
而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。
36.在一个实施例中，如图6所示，提供了一种基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成装置，包括：回波数据获取模块600、子孔径回波数据划分模块610、精确轨迹得到模块620、子图像成像模块630、碎片化存储模块640和样本集得到模块650，其中：回波数据获取模块600，用于获取回波数据，所述回波数据基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到；子孔径回波数据划分模块610，用于根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多段子孔径回波数据；精确轨迹得到模块620，用于对每段所述子孔径回波数据进行处理，得到对应每段所述子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹；子图像成像模块630，用于根据预设的最小子孔径累积角度将所述子孔径回波数据划分为多段最小子孔径回波数据，并结合对应的所述精确轨迹进行成像处理得到各段所述最小子孔径回波数据对应的子图像；碎片化存储模块640，用于依次对多个完整圆周孔径基线对应的回波数据进行处理得到多个子图像，并将各所述子图像以数据碎片化分布式进行存储；样本集得到模块650，用于根据样本需求对存储的多个所述子图像进行重组，得到与所述样本需求匹配的样本集。
37.关于基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成装置的具体限定可以参见上文中对于基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法的限定，在此不再赘述。上述基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
38.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是服务器，其内部结构图可以如图7所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口和数据库。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统、计算机程序和数据库。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的数据库用于存储子图像数据。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种基于圆周合成孔径雷达的目标全角度样本生成方法。
39.本领域技术人员可以理解，图7中示出的结构，仅仅是与本技术方案相关的部分结构的框图，并不构成对本技术方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。
40.在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，存储器中存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：获取回波数据，所述回波数据基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到；根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多
段子孔径回波数据；对每段所述子孔径回波数据进行处理，得到对应每段所述子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹；根据预设的最小子孔径累积角度将所述子孔径回波数据划分为多段最小子孔径回波数据，并结合对应的所述精确轨迹进行成像处理得到各段所述最小子孔径回波数据对应的子图像；依次对多个完整圆周孔径基线对应的回波数据进行处理得到多个子图像，并将各所述子图像以数据碎片化分布式进行存储；根据样本需求对存储的多个所述子图像进行重组，得到与所述样本需求匹配的样本集。
41.在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：获取回波数据，所述回波数据基于有人或无人机载多基线圆周合成孔径雷达同时对多个待观测目标进行成像探测录取得到；根据预设的子孔径累积角度将一个完整圆周孔径基线对应的回波数据划分为多段子孔径回波数据；对每段所述子孔径回波数据进行处理，得到对应每段所述子孔径回波数据录取时机载平台的精确轨迹；根据预设的最小子孔径累积角度将所述子孔径回波数据划分为多段最小子孔径回波数据，并结合对应的所述精确轨迹进行成像处理得到各段所述最小子孔径回波数据对应的子图像；依次对多个完整圆周孔径基线对应的回波数据进行处理得到多个子图像，并将各所述子图像以数据碎片化分布式进行存储；根据样本需求对存储的多个所述子图像进行重组，得到与所述样本需求匹配的样本集。
42.本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本技术所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（rom）、可编程rom（prom）、电可编程rom（eprom）、电可擦除可编程rom（eeprom）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（ram）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，ram以多种形式可得，诸如静态ram（sram）、动态ram（dram）、同步dram（sdram）、双数据率sdram（ddrsdram）、增强型sdram（esdram）、同步链路（synchlink） dram（sldram）、存储器总线（rambus）直接ram（rdram）、直接存储器总线动态ram（drdram）、以及存储器总线动态ram（rdram）等。
43.以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
44.以上所述实施例仅表达了本技术的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并
不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本技术构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本技术的保护范围。因此，本技术专利的保护范围应以所附权利要求为准。