CN112630778A - 一种超高音速目标成像方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种超高音速目标成像方法，真实可靠、简单易行。本发明方法，包括：(10)亚音速目标数据处理：将实测亚音速目标总回波数据处理并保存到各帧的二维采样矩阵中；(20)亚音速目标运动一维距离成像：提取两帧回波数据分别到二维矩阵中，通过IFFT变换和图像拼接，得到两帧运动距离像；(30)亚音速目标静止成像：对目标回波进行速度补偿，再次通过IFFT变换和像拼接，得到亚音速目标静止一维距离距离像；(40)等效超高音速运动一维距离像：根据高速目标信息等效出两帧的超高音速目标运动一维距离像；(50)超高音速目标静止一维距离成像：对超高音速目标回波作速度补偿，IFFT变换和像拼接，得到静止一维距离像。

Description

一种超高音速目标成像方法
技术领域
本发明属于制导引信技术领域，特别是一种超高音速目标成像方法。
背景技术
高分辨距离像是用宽带雷达信号获取的目标散射点回波在雷达射线上投影的向量和，它提供了目标散射点沿距离方向的分布信息，其特点是通过发出某一波长的高频信号，通过反射成像时间和位置，从而得出高分辨距离像，具有目标重要的结构特征，对目标识别与分类十分有价值，因而成为雷达自动目标识别的新技术。
然而，现有技术存在的问题是：对于大多数高分辨雷达进行实际测量目标时，绝大多数目标运动速度都处于亚音速状态，很难接触到超高音速目标的测试，使得人们在超高音速的高分辨距离像测试部分进展较慢了解较少，无法探究目标以超高音速运动状态下的成像情况以及和亚音速的目标像的区别和联系。
发明内容
本发明的目的在于提供一种超高音速目标成像方法，真实可靠、简单易行。
实现本发明目的的技术解决方案为：
一种超高音速目标成像方法，包括如下步骤：
(10)亚音速目标数据处理：将实测亚音速目标总回波数据处理为各帧回波数据点集并保存到各帧的二维采样矩阵中；
(20)亚音速目标运动一维距离成像：提取两帧回波数据分别到二维矩阵中，通过IFFT变换和图像拼接，得到两帧运动距离像；
(30)亚音速目标静止成像：设置回波距离门，根据两帧运动距离像及熵值测速法测出两帧下的目标速度值，并对目标回波进行速度补偿，再次通过IFFT变换和像拼接，得到亚音速目标静止一维距离距离像；
(40)等效超高音速运动一维距离像：设置超高音速的速度值，分别计算两帧静止距离像对应的超高音速目标相应位置及幅值大小，并将静止目标回波乘以高速等效因子，获得超高音速相位信息，根据高速目标位置、幅度和相位信息等效出两帧的超高音速目标运动一维距离像；
(50)超高音速目标静止一维距离成像：用熵值测速法测出两帧运动距离像下的超高音速的速度大小，并对超高音速目标回波作速度补偿，再通过IFFT变换和像拼接算法得到两帧的超高音速目标静止一维距离像。本发明与现有技术相比，其显著优点有：
1、等效真实：根据当前测出的亚音速目标的成像形状还有周边环境的噪声和背景杂波有依据地等效出超高音速环境的背景噪声和杂波以及成像质量。
2、实现简单：根据真实环境及亚音速目标仿真出超高音速对应的成像，实施简单，大大地减轻了实际测试的困难程度。
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。
附图说明
图1为本发明超高音速目标成像方法的主流程图。
图2为图1中亚音速目标运动一维距离成像步骤的流程图。
图3为图1中亚音速目标静止成像步骤的流程图。
图4为图1中等效超高音速运动一维距离像步骤的流程图。
图5为超高音速目标静止一维距离成像步骤的流程图。
图6为IFFT和像拼接后一维距离像。
图7为亚音速目标静止成像。
图8为等效超高音速运动一维距离像。
图9为超高音速目标静止一维距离成像。
具体实施方式
如图1所示，本发明超高音速目标成像方法，包括如下步骤：
(10)亚音速目标数据处理：将实测亚音速目标总回波数据处理为各帧回波数据点集并保存到各帧的二维采样矩阵中；
(20)亚音速目标运动一维距离成像：提取两帧回波数据分别到二维矩阵中，通过IFFT变换和图像拼接，得到两帧运动距离像；
如图2所示，所述(20)亚音速目标回波信号处理步骤包括：
(21)逆傅里叶变换：将两帧的回波矩阵S(m,n)每一行N个数据做IFFT计算，从而获得目标的距离像冗余矩阵；
(22)距离像拼接：按最大值拼接算法将两帧距离像二维冗余矩阵拼接为一维距离像，以此获得两帧目标的运动一维距离像，如图6所示。
(30)亚音速目标静止成像：设置回波距离门，根据两帧运动距离像及熵值测速法测出两帧下的目标速度值，并对目标回波进行速度补偿，再次通过IFFT变换和像拼接，得到亚音速目标静止一维距离距离像；
如图3所示，所述(30)亚音速目标静止成像步骤包括：
(31)亚音速目标静止一维距离成像获取：将回波数据矩阵S(m,n)乘上如下的相位因子并作IFFT变换和距离像拼接求出静止一维距离像，如图7所示，其中
Figure BDA0002778791780000037
为熵值测速法估计的速度值
Figure BDA0002778791780000031
(32)求熵值：先设置不同的速度估计值，求出两帧目标的运动一维距离像的熵，根据如下公式求出两帧像的最小的熵，其速度估计值即为测出的目标运动速度值：
Figure BDA0002778791780000032
Figure BDA0002778791780000033
Figure BDA0002778791780000034
V＝min(Hn(A,Vn))
式中，Hn(A,Vn)为以估计速度Vn得到的熵，A(i)为目标的一维距离像序列，N为脉冲个数，V为当熵最小时的估计速度值。
(40)等效超高音速运动一维距离像：设置超高音速的速度值，分别计算两帧静止距离像对应的超高音速目标相应位置及幅值大小，并将静止目标回波乘以高速等效因子，获得超高音速相位信息，根据高速目标位置、幅度和相位信息等效出两帧的超高音速目标运动一维距离像；
如图4所示，所述(40)等效超高速运动一维距离像步骤包括：
(41)计算位置信息：求出两帧目标时间位移量
Figure BDA0002778791780000035
tR为第一帧时间位置，V为超高音速，Tu为不模糊时间长度，N为脉冲串长度，Ts为采样时间，dv为速度分辨率；
(42)计算相位信息：计算两帧目标的超高音速相位信息
Figure BDA0002778791780000036
V为超高音速，Tr为脉冲周期，fn为步进频率，Ts为采样时间，C为光速，m为采样单元序号，n为步进长度；
(43)计算幅度信息：分别求出两帧目标总衰减因子
Figure BDA0002778791780000041
其中，衰减系数
Figure BDA0002778791780000042
Figure BDA0002778791780000043
为接收功率的减少值，Pr为接收功率值，dR为运动长度；
(44)计算出距离像：根据求出的位移信息，相位信息，以及衰减信息，推算出两帧的目标回波，并作IFFT变换和像拼接，得到对应的超高音速目标的运动一维距离像，如图8所示。
(50)超高音速目标静止一维距离成像：用熵值测速法测出两帧运动距离像下的超高音速的速度大小，并对超高音速目标回波作速度补偿，再通过IFFT变换和像拼接算法得到两帧的超高音速目标静止一维距离像。
如图5所示，所述(50)超高速目标静止一维距离成像步骤包括：
(51)求熵值：先设置不同的超高音速速度估计值，求出两帧目标的运动一维距离像的熵，根据如下公式求出两帧像的最小的熵，其速度估计值即为测出的目标超高音速运动速度值：
Figure BDA0002778791780000044
Figure BDA0002778791780000045
Figure BDA0002778791780000046
V＝min(Hn(A,Vn))
式中，Hn(A,Vn)为以估计速度Vn得到的熵，A(i)为目标的一维距离像序列，N为脉冲个数，V为当熵最小时的估计超高音速速度值；
(52)超高音速目标静止一维距离成像获取：将超高音速回波数据矩阵S(m,n)乘上如下的相位因子并作IFFT变换和距离像拼接求出静止一维距离像，如图9所示，其中
Figure BDA0002778791780000048
为熵值测速法估计的超高音速速度值，
Figure BDA0002778791780000047
使用本发明方案，用于实现不同目标在不同环境下以超高音速运动的成像情况，对进行超高音速实验成像测试提供了思路，解决了实验实施困难的问题，有效提升了实验效率。

Claims (5)

1.一种超高音速目标成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
(10)亚音速目标数据处理：将实测亚音速目标总回波数据处理为各帧回波数据点集并保存到各帧的二维采样矩阵中；
(20)亚音速目标运动一维距离成像：提取两帧回波数据分别到二维矩阵中，通过LFFT变换和图像拼接，得到两帧运动距离像；
(30)亚音速目标静止成像：设置回波距离门，根据两帧运动距离像及熵值测速法测出两帧下的目标速度值，并对目标回波进行速度补偿，再次通过IFFT变换和像拼接，得到亚音速目标静止一维距离距离像；
(40)等效超高音速运动一维距离像：设置超高音速的速度值，分别计算两帧静止距离像对应的超高音速目标相应位置及幅值大小，并将静止目标回波乘以高速等效因子，获得超高音速相位信息，根据高速目标位置、幅度和相位信息等效出两帧的超高音速目标运动一维距离像；
(50)超高音速目标静止一维距离成像：用熵值测速法测出两帧运动距离像下的超高音速的速度大小，并对超高音速目标回波作速度补偿，再通过IFFT变换和像拼接算法得到两帧的超高音速目标静止一维距离像。
2.根据权利要求1所述的超高音速目标成像方法，其特征在于，所述(20)亚音速目标回波信号处理步骤包括：
(21)逆傅里叶变换：将两帧的回波矩阵S(m，n)每一行N个数据做IFFT计算，从而获得目标的距离像冗余矩阵；
(22)距离像拼接：按如下的最大值拼接算法将两帧距离像二维冗余矩阵拼接为一维距离像，以此获得两帧目标的运动一维距离像
Qs＝fix(mLTs/Tu)
ne＝N×mod(mLTs/Tu，1)
sndr＝QsN+mod(ne-W+N，N)
Wp＝NTP/Tu
m＝mL，mL+1，...，mH-1，mH
q＝fix[(mTs-dt)/Tu]+1
ne＝N×mod(mTs/Tu，1)
ns＝mod(ns-W+N，N)
qs＝q×N
Figure FDA0002778791770000021
Figure FDA0002778791770000022
式中，Qs为第mL个采样点mLTs所在不模糊时间长度，N为脉冲串长度，Ts为采样时间，dt为时间分辨率，ne为该采样点对应的结束位置，ns为开始位置，sndr为开始位置，W为有效距离像宽度，Tu为不模糊距离窗，Z为去冗余后提取出的距离像存放数组，S(m，n)为原距离像冗余矩阵。
3.根据权利要求2所述的超高音速目标成像方法，其特征在于，所述(30)亚音速目标静止成像步骤包括：
(31)亚音速目标静止一维距离成像获取：将回波数据矩阵S(m，n)乘上如下的相位因子并作IFFT变换和距离像拼接求出静止一维距离像，其中
Figure FDA0002778791770000024
为熵值测速法估计的速度值
Figure FDA0002778791770000023
(32)求熵值：先设置不同的速度估计值，求出两帧目标的运动一维距离像的熵，根据如下公式求出两帧像的最小的熵，其速度估计值即为测出的目标运动速度值：
Figure FDA0002778791770000031
Figure FDA0002778791770000032
Figure FDA0002778791770000033
V＝min(Hn(A，Vn))
式中，Hn(A，Vn)为以估计速度Vn得到的熵，A(i)为目标的一维距离像序列，N为脉冲个数，V为当熵最小时的估计速度值。
4.根据权利要求3所述的超高音速目标成像方法，其特征在于，所述(40)等效超高速运动一维距离像步骤包括：
(41)计算位置信息：求出两帧目标时间位移量
Figure FDA0002778791770000034
tR为第一帧时间位置，V为超高音速，Tu为不模糊时间长度，N为脉冲串长度，Ts为采样时间，dv为速度分辨率；
(42)计算相位信息：计算两帧目标的超高音速相位信息
Figure FDA0002778791770000035
V为超高音速，Tr为脉冲周期，fn为步进频率，Ts为采样时间，C为光速，m为采样单元序号，n为步进长度；
(43)计算幅度信息：分别求出两帧目标总衰减因子
Figure FDA0002778791770000036
其中，衰减系数
Figure FDA0002778791770000037
Figure FDA0002778791770000038
为接收功率的减少值，Pr为接收功率值，dR为运动长度；
(44)计算出距离像：根据求出的位移信息，相位信息，以及衰减信息，推算出两帧的目标回波，并作IFFT变换和像拼接，得到对应的超高音速目标的运动一维距离像。
5.根据权利要求4所述的超高音速目标成像方法，其特征在于，所述(50)超高速目标静止一维距离成像步骤包括：
(51)求熵值：先设置不同的超高音速速度估计值，求出两帧目标的运动一维距离像的熵，根据如下公式求出两帧像的最小的熵，其速度估计值即为测出的目标超高音速运动速度值：
Figure FDA0002778791770000041
Figure FDA0002778791770000042
Figure FDA0002778791770000043
V＝min(Hn(A，Vn))
式中，Hn(A，Vn)为以估计速度Vn得到的熵，A(i)为目标的一维距离像序列，N为脉冲个数，V为当熵最小时的估计超高音速速度值；
(52)超高音速目标静止一维距离成像获取：将超高音速回波数据矩阵S(m，n)乘上如下的相位因子并作IFFT变换和距离像拼接求出静止一维距离像，其中
Figure FDA0002778791770000044
为熵值测速法估计的超高音速速度值，
Figure FDA0002778791770000045
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