基于进动特征提取的空间锥体目标ISAR三维成像方法与流程

技术特征：
1.基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述方法具体过程为：步骤一、采用雷达1和雷达2两部雷达对进动空间锥体目标进行观测，获得锥体目标雷达回波，对锥体目标雷达回波先进行脉冲压缩，再进行运动补偿，获得不同角度的目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)；采用曲线分离技术和自相关方法获得目标自旋角速度ω
s
和锥旋角速度ω
c
；步骤二、进动空间锥体目标锥顶散射点在目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)平面产生的微动曲线为正弦曲线a
i
sin(ω
c
t
m
b
i
) d
i
，利用iradon变换分别对步骤一中雷达1和雷达2的目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)估计正弦曲线参数幅度a
i
、相位b
i
、偏置d
i
；i＝1,2表示雷达1和雷达2；步骤三、建立进动空间锥体目标isar成像模型，推导锥顶散射点微动正弦曲线a
i
sin(ω
c
t
m
b
i
) d
i
参数幅度a
i
、相位b
i
、偏置d
i
与目标进动特征自旋角速度单位矢量目标锥旋角速度单位矢量的关系，根据步骤二中iradon变换对雷达1和雷达2目标慢时间
‑
距离像平面上正弦曲线的参数估计结果{a
i
,b
i
,d
i
}以及自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{a
i
,b
i
,d
i
}的关系，i＝1,2表示雷达1和雷达2，建立非线性方程组；步骤四、利用拟newton法求解步骤三中建立的非线性方程组，获得未知数{r
′
p
,θ
′
p
,z
′
p
,α
c
,β
c
}，进而估计目标自旋、锥旋单位矢量所述，r
′
p
为锥顶散射点柱坐标形式中的极径，θ
′
p
为锥顶散射点柱坐标形式中的极角，z
′
p
为锥顶散射点柱坐标形式中的高度，α
c
和β
c
分别为锥旋矢量在目标坐标系中的方位角和仰角；步骤五、根据步骤四获得的目标自旋、锥旋角速度单位矢量和步骤一估计的目标自旋、锥旋角速度{ω
s
,ω
c
}，确定进动空间锥体目标不同位置散射点(x,y,z)在慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)平面上的微动曲线，利用广义radon变换对目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)平面上的微动曲线路径进行积分，获得目标的三维图像s
grt
(x,y,z)，成像结果反应目标的结构尺寸和空间姿态。2.根据权利要求1所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述步骤二中利用iradon变换分别对步骤一中雷达1和雷达2的目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)估计正弦曲线参数幅度a
i
、相位b
i
、偏置d
i
；具体过程为：其中，s
rl
(f
r
,t
m
)表示目标的慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)经过在距离域ram
‑
lak滤波器滤波后的结果，f
r
表示距离，t
m
表示慢时间，s
irt
(a,b,d)为目标的慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)平面上幅度搜索变量a、相位搜索变量b、偏置搜索变量d的正弦曲线的iradon变换值，ω
c
为目标的锥旋角速度；雷达1和雷达2的目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)平面上正弦曲线的参数可以通过s
irt
(a,b,d)的最大值位置估计
3.根据权利要求2所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述步骤三中建立进动空间锥体目标isar成像模型，推导锥顶散射点微动正弦曲线a
i
sin(ω
c
t
m
b
i
) d
i
参数幅度a
i
、相位b
i
、偏置d
i
与目标进动特征自旋角速度单位矢量目标锥旋角速度单位矢量的关系，根据步骤二中iradon变换对雷达1和雷达2目标慢时间
‑
距离像平面上正弦曲线的参数估计结果{a
i
,b
i
,d
i
}以及自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{a
i
,b
i
,d
i
}的关系，i＝1,2表示雷达1和雷达2，建立非线性方程组；具体过程为：在目标坐标系o
‑
xyz中，锥顶散射点在慢时间
‑
距离像上产生的微动曲线为其中，r
c
为目标锥旋矩阵，为锥顶散射点在目标坐标系中的坐标，为雷达视线单位矢量；i3为3
×
3的单位阵，为目标锥旋角速度单位矢量的反对称矩阵，α
c
和β
c
分别为锥旋矢量在目标坐标系中的方位角和仰角，(
·
)
t
表示矩阵的转置，表示矩阵的转置，α和β分别为雷达视线在雷达坐标系q
‑
uvw中的方位角和仰角；在目标的锥旋角速度ω
c
和雷达视线单位矢量已知的情况下，锥顶散射点在慢时间
‑
距离像上产生的微动曲线由锥顶散射点在目标坐标系中的坐标和目标锥旋角速度单位矢量确定，而目标锥顶散射点位置位于目标的自旋轴上，目标锥顶散射点位置表示自旋角速度单位矢量表示向量的模；建立中间坐标系o
‑
x
′
y
′
z
′
，确定目标进动特征自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{a
i
,b
i
,d
i
}的关系；根据步骤二中iradon变换对雷达1和雷达2目标慢时间
‑
距离像平面上正弦曲线的参数估计结果{a
i
,b
i
,d
i
}以及自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{a
i
,b
i
,d
i
}的关系，i＝1,2表示雷达1和雷达2，建立非线性方程组其中，α
i
和β
i
分别为第i部雷达视线的方位角和仰角。4.根据权利要求3所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征
在于：所述建立中间坐标系o
‑
x
′
y
′
z
′
，确定目标进动特征自旋角速度单位矢量锥旋角速度单位矢量与微动正弦曲线参数{a
i
,b
i
,d
i
}的关系；具体过程为：中间坐标系与目标坐标系的原点重合，中间坐标系坐标轴单位矢量满足：足：足：其中，为目标坐标系z轴单位矢量，目标锥顶散射点在中间坐标系中的坐标可由经过变换获得其中，r
t
为变换矩阵；(x,y,z)为进动空间锥体目标不同位置散射点；在中间坐标系中，锥顶散射点在慢时间
‑
距离像上产生的微动曲线可以表示为其中，r
′
c
为目标在中间坐标系中的锥旋矩阵，为锥顶散射点在中间坐标系中的坐标，(
·
)
t
表示转置，r
′
p
为锥顶散射点柱坐标形式中的极径，θ
′
p
为锥顶散射点柱坐标形式中的极角，z
′
p
为锥顶散射点柱坐标形式中的高度，a
r
为正弦曲线幅度分量，为正弦曲线相位分量，a
z
为正弦曲线偏置分量；获得锥顶散射点在慢时间
‑
距离像平面产生的微动正弦曲线参数和未知数{r
′
p
,θ
′
p
,z
′
p
,α
c
,β
c
}的关系。5.根据权利要求4所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述目标在中间坐标系中的锥旋矩阵r
′
c
、正弦曲线幅度分量a
r
、正弦曲线相位分量正弦曲线偏置分量a
z
表达式为：表达式为：表达式为：表达式为：其中，ε表示锥旋角速度单位矢量与雷达视线的夹角。
6.根据权利要求5所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述步骤四中利用拟newton法求解步骤三中建立的非线性方程组，获得未知数{r
′
p
,θ
′
p
,z
′
p
,α
c
,β
c
}，进而估计目标自旋、锥旋单位矢量具体过程为：通过拟newton法求解非线性方程组的未知数{r
′
p
,θ
′
p
,z
′
p
,α
c
,β
c
}；目标自旋、锥旋角速度单位矢量通过下式获得通过下式获得通过下式获得7.根据权利要求6所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述步骤五中根据步骤四获得的目标自旋、锥旋角速度单位矢量和步骤一估计的目标自旋、锥旋角速度{ω
s
,ω
c
}，确定进动空间锥体目标不同位置散射点(x,y,z)在慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)平面上的微动曲线，利用广义radon变换对目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)平面上的微动曲线路径进行积分，获得目标的三维图像s
grt
(x,y,z)，成像结果可以反应目标的结构尺寸和空间姿态；具体过程为：根据步骤四获得的目标自旋、锥旋角速度单位矢量和步骤一估计的目标自旋、锥旋角速度{ω
s
,ω
c
}，确定进动空间锥体目标不同位置散射点(x,y,z)在慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)平面上产生的微动曲线，表达式为：其中，r
c
为目标锥旋矩阵，为目标自旋矩阵，为目标自旋角速度单位矢量的反对称矩阵，α
s
和β
s
分别为自旋矢量在目标坐标系中的方位角和仰角，为某一散射点在目标坐标系中的坐标，为雷达视线单位矢量，a0、a1、a2、a3、a4、φ1、φ2、φ3、φ4为中间变量；在三维空间中建立成像网格，以成像网格坐标(x,y,z)的微动曲线为积分路径，对目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)进行广义radon变换，实现目标三维成像。8.根据权利要求7所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述中间变量a0、a1、a2、a3、a4具体定义为：
9.根据权利要求8所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述中间变量φ1、φ2、φ3、φ4具体定义为：10.根据权利要求9所述基于进动特征提取的空间锥体目标isar三维成像方法，其特征在于：所述在三维空间中建立成像网格，以成像网格坐标(x,y,z)的微动曲线为积分路径，对目标慢时间
‑
距离像s(f
r
,t
m
)进行广义radon变换，实现目标三维成像；表达式为：其中，s
grt
(x,y,z)为目标的三维图像。

技术总结
基于进动特征提取的空间锥体目标ISAR三维成像方法，本发明涉及空间锥体目标ISAR三维成像方法。本发明的目的是为了解决现有空间锥体目标进动特征提取和ISAR三维成像的方法需要多部雷达资源，计算过程复杂；以及参数搜索计算量较大，搜索结果可能不唯一的问题。过程为：步骤一、获得不同角度的目标慢时间


技术研发人员：王勇 周兴宇
受保护的技术使用者：哈尔滨工业大学
技术研发日：2021.08.10
技术公布日：2021/11/9