基于图像质量引导的稀疏孔径ISAR成像相位自聚焦方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109085589A(43)申请公布日2018.12.25(21)申请号201811202547.4(22)申请日2018.10.16(71)申请人中国人民解放军国防科技大学地址410003湖南省长沙市开福区德雅路109号(72)发明人田彪鲍庆龙户盼鹤张月陈健(74)专利代理机构长沙中科启明知识产权代理事务所(普通合伙)43226代理人任合明(51)Int.Cl.G01S13/90(2006.01)权利要求书3页说明书5页附图3页(54)发明名称基于图像质量引导的稀疏孔径ISAR成像相位自聚焦方法(57)摘要本发明涉及逆合成孔径雷达成像信号处理技术，尤其涉及一种基于图像质量引导的稀疏孔径ISAR成像相位自聚焦方法，包括以下步骤：S1：构建基于压缩感知的稀疏孔径相位自聚焦模型；S2：选择参与相位补偿参数估计的目标距离单元；S3：设置迭代算法初始参数值；S4：单轮相位误差估计与补偿；S5：迭代终止条件判断；S6：更新相位自聚焦，重构ISAR图像。本发明将稀疏孔径下的ISAR成像相位自聚焦、ISAR图像重构以及图像质量评价结合起来，同时实现了相位误差估计、补偿、重构与评估四个步骤，通过缩小迭代相位误差估计偏移量逐级提高补偿精度，提高了算法的稳健性以及相位补偿的准确性，进而获得补偿精度更高、聚焦性能更好的目标ISAR图像。CN109085589ACN109085589A权利要求书1/3页1.一种基于图像质量引导的稀疏孔径ISAR成像相位自聚焦方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：S1：构建基于压缩感知的稀疏孔径相位自聚焦模型；为了研究稀疏孔径下的相位自聚焦问题，假定一维距离像的包络对齐已经完成，利用压缩感知理论的思想，建立基于压缩感知的相位误差模型；包络对齐后完整的目标一维距离像S表示如下：S＝[s1,…,sl,…,sL]＝Ψ[θ1,…,θl,…,θL]＝ΨΘ(1)其中，sl表示第l个距离单元的一维距离像幅度，θl表示第l个距离单元内散射点的分布及强度，l＝1,2,…,L为距离单元序号，L为总的距离单元数，M为脉冲个数，故M×L维矩阵S和Θ分别代表目标的一维距离像矩阵和二维成像结果，矩阵Ψ为傅里叶稀疏基，表示如下：T其中时间序列t＝[1:M]·PRT，PRT表示脉冲重复周期；多普勒频率fdm＝m·Δfd-(PRF/2)，m＝1,2,…,Q，Q＝PRF/Δfd为多普勒单元数，PRF和Δfd分别表示脉冲重复频率和多普勒分辨率；又因为故Q＝M，即多普勒单元数Q等于脉冲数M；考虑引入目标回波的相位误差，则一维距离像可以写为：SΛ＝ΛS＝ΛΨΘ(3)其中，M维对角矩阵Λ＝diag{exp(jλ1),exp(jλ2),…,exp(jλM)}代表目标回波的相位误差，矩阵对角线元素λm代表第m个回波脉冲的相位误差；稀疏孔径等效于对包含目标回波相位误差Λ的一维距离像信号SΛ进行稀疏降维采样，构造一个P×M维的观测矩阵Φ，P<M，将一维距离像信号SΛ投影到观测矩阵Φ上，得到P维观测值为：Y＝ΦSΛ＝ΦΛΨΘ(4)Y便是包含目标回波相位误差Λ的稀疏孔径一维距离像数据，根据压缩感知重构理论，重构过程表述如下：一维距离像的相位补偿就是要对稀疏孔径一维距离像数据Y中包含的目标回波相位误差Λ进行估计和补偿，估计得到的相位误差补偿向量记为相位补偿后的重构过程表述如下：S2：选择参与相位补偿参数估计的目标距离单元；2CN109085589A权利要求书2/3页选取方法包括以下步骤：S2.1计算每个距离单元上的各次回波能量总和，并从中选出能量较大的L1个距离单元作为初步有效参数估计距离单元，L1≤L；S2.2计算S2.1中初步挑选出的距离单元回波的幅度归一化方差，对幅度归一化方差从小到大排列，挑选排列中前L2个幅度归一化方差对应的距离单元作为最终参与相位误差参2数估计的距离单元，L2≤L1；其中，第l个距离单元的幅度归一化方差σl定义如下：式中，表示求算术平均，表示第l个距离单元的一维像幅度的均值，表示第l个距离单元的一维像幅度的均方值；S3：设置迭代算法初始参数值；初始化迭代轮数i＝1，初始化单个回波相位误差补偿值初始化回波相位误差补偿向量根据稀疏孔径回波数据构造随机观测矩阵Φ，设定迭代终止门限ξ＝0.001，初始图像熵值E0＝∞；S4：单轮相位误差估计与补偿；S4.1设定第i轮相位误差估计偏移量为Δi＝π/2i，初始化回波脉冲为p＝1；S4.2在当前迭代轮次中逐次回波进行相位误差估计与补偿；S4.2.1对第p次回波，在当前相位误差补偿值基础上前后偏移Δi，保持剩下P-1次回波相位误差补偿值不变，更新相位误差补偿向量，形成进行相位误差补偿的三个候选向量：S4.2.2对p次回波L2个距离单元分别