CN113671501A - 一种基于isar成像的方位向仿真校正方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法和装置，包括：获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算所述自身舰船的旋转角；根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正；所述自身舰船载有所述雷达。该校正手段相对于现有技术实用性强，算法简单、计算量小且分辨率高，通过仿真得到性能数据进行参考及验证大大提升了设计效率节省了成本，且无论入射角如何变化，方位向都保持一个十分高的精度。
Description
技术领域
本发明涉及逆合成孔径雷达(ISAR)领域，尤其涉及一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法和装置。
背景技术
现有雷达技术主要用于对目标的检测、发现、定位以及目标距离的测量。随着信息技术的发展，人们不再满足于只获得位置和距离信息，人们还希望从回波信息中获得目标的图像，用于分析目标的类型、型号等。广义的合成孔径雷达技术包括合成孔径雷达成像(SAR)和逆合成孔径雷达技术(ISAR)。逆合成孔径雷达(ISAR)是一种微波成像技术，可以实现对飞机、舰船甚至天体等目标的全天时、全天候、远距离的二维成像。该技术主要依赖舰船和雷达之间的相对转动关系而获得图像，由于舰船运动慢，所以这种运动主要由舰船航行时在海浪作用下舰船自身的摇摆(如滚动、仰俯、偏航)产生的转动组成、海情的复杂多变使得舰船运动情况变得非常复杂，因此想获得方位向精度高、分辨率高、算法简单的技术方案就变得十分困难。
发明内容
本发明实施例提供了一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法和装置，以解决入射角减小，方位向精度降低的技术问题。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法，包括：
获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；所述回波信息为HH极化时的ISAR成像；
当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算所述自身舰船的旋转角；其中，所述自身舰船的旋转角为所述入射角的余角；
根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正；所述自身舰船载有所述雷达。
进一步的，所述根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角，具体为：
根据所述回波信息，以所述自身舰船中心为原点O，所述自身舰船舰首方向为X轴正向，所述自身舰船天向方向为Z轴正向，建立右手坐标系，并通过目标舰船模型和自身舰船在所述右手坐标系上的相对位置计算获得所述入射角和所述方位角。
进一步的，所述根据所述旋转角的大小转动所述目标舰船模型，具体为：根据所述旋转角的大小，所述自身舰船在XOZ面，以X轴正向绕Y轴逆时针方向为旋转方向进行转动。
进一步的，所述入射角为以Z轴正向起，绕Y轴逆时针旋转到目标方位线，在XOZ面上的水平夹角；所述方位角为以X轴正向起，绕Z轴逆时针旋转到目标方位线，在XOY面上的水平夹角。
进一步的，在根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角之后，还包括：当所述方位角不为0°时或当所述入射角为90°时，不作任何操作。
相应的，本发明实施例还提供了一种基于ISAR成像的方位向仿真校正装置，包括：获取模块、计算模块和转动模块；其中，
所述获取模块用于获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；所述目标舰船模型回波信息为HH极化时的ISAR成像；
所述计算模块用于当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算所述自身舰船的旋转角；其中，所述自身舰船的旋转角为所述入射角的余角；
所述转动模块用于根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正；所述自身舰船载有所述雷达。
进一步的，所述获取模块用于根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角，具体为：
所述获取模块根据所述回波信息，以所述自身舰船中心为原点O，所述自身舰船舰首方向为X轴正向，所述自身舰船天向方向为Z轴正向，建立右手坐标系，并通过目标舰船模型和自身舰船在所述右手坐标系上的相对位置计算获得所述入射角和所述方位角。
进一步的，所述转动模块用于根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，具体为：所述转动模块根据所述旋转角的大小，使所述自身舰船在XOZ面，以X轴正向绕Y轴逆时针方向为旋转方向进行转动。
进一步的，所述入射角为以Z轴正向起，绕Y轴逆时针旋转到目标方位线，在XOZ面上的水平夹角；所述方位角为以X轴正向起，绕Z轴逆时针旋转到目标方位线，在XOY面上的水平夹角。
进一步的，在根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角之后，还包括：当所述方位角不为0°时或当所述入射角为90°时，不作任何操作。
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法和装置，具有如下有益效果：
本发明获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算自身舰船的旋转角；根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正。该校正手段相对于现有技术实用性强，算法简单、计算量小且分辨率高，通过仿真得到性能数据进行参考及验证大大提升了设计效率节省了成本，且无论入射角如何变化，方位向都保持一个十分高的精度。
附图说明
图1：为本发明基于ISAR成像的方位向仿真校正方法提供的一种实施例。
图2：为本发明基于ISAR成像的方位向仿真校正方法提供的一种实施例的具体举例。
图3：为本发明基于ISAR成像的方位向仿真校正装置提供的一种实施例的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例一：
请参照图1，图1为本发明实施例提供的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法，包括步骤101至步骤103，各步骤具体如下：
步骤101，获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；所述回波信息为HH极化时的ISAR成像。
在本实施例中，所述根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角，具体为：
根据所述回波信息，以所述自身舰船中心为原点O，所述自身舰船舰首方向为X轴正向，所述自身舰船天向方向为Z轴正向，建立右手坐标系，并通过目标舰船模型和自身舰船在所述右手坐标系上的相对位置计算获得所述入射角和所述方位角。
在本实施例中，所述入射角为以Z轴正向起，绕Y轴逆时针旋转到目标方位线，在XOZ面上的水平夹角；所述方位角为以X轴正向起，绕Z轴逆时针旋转到目标方位线，在XOY面上的水平夹角。
步骤102，当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算自身舰船的旋转角；其中，自身舰船的旋转角为所述入射角的余角。
在本实施例中，当方位角为0°时，校正的结果能保证所述ISAR成像的方位向与自身舰船的舷宽一致。当入射角不为90°或当方位角不为0°时，若不进行仿真校正操作则会产生横向畸变。
在本实施例中，在根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角之后，还包括：当所述方位角不为0°时或当所述入射角为90°时，不作任何操作。
步骤103，根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正；所述自身舰船载有所述雷达。
在本实施例中，所述根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，具体为：根据所述旋转角的大小，所述自身舰船在XOZ面，以X轴正向绕Y轴逆时针方向为旋转方向进行转动。
在本实施例中，采用CST软件套装作为仿真软件。CST软件套装包含多个工作时，它可以完成不同层次的电磁兼容(EMC)问题，如芯片级、PCB级、复杂的电缆束、***级及产品级。在仿真过程中，基于CST的高频渐进求解器进行计算，采用弹跳射线算法。
如图2所示，以某舰船为例以舰首为X轴正向，天向为Z轴正向，中心为原点O，建立右手坐标系。根据仿真，在入射角Theta＝90°时，方位角为Phi＝0°时，入射波为HH极化时的ISAR成像，其方位向与舰船的舷宽一致，因此在Theta＝90°时该算法得到的结果还是准确的，而随着Theta角度逐渐变小，方位向也明显变小，算法得到的结果也无法保证其准确性。在本实施例中，当入射角Theta为10°时，所述旋转角也即入射角的余角为80°(也是擦地角)，从上述的仿真的结果可以得出在入射角Theta＝90°时结果是准确的。因此，在弹跳射线算法中，将入射角Theta设置为90°，为了得到入射角Theta＝10°的结果，将所述自身舰船根据旋转角大小即80°，在XOZ面上以X轴正向绕Y轴逆时针方向进行旋转。(在软件中，舰首为X轴正向，天向为Z轴正向，舰船转动是在XOZ面，以X轴正向起，绕Y轴逆时针转动)。保证擦地角不变，此时仿真的结果与入射角Theta为90°时的结果是一致的。(如图2中B图所示)。同理，为了得到入射角Theta＝20°时的结果，需要将自身舰船旋转70°；为得到入射角Theta＝30°时的结果，需要将自身舰船旋转60°。在CST中，计算ISAR成像时，算法把入射角Theta设置为相应角度时，可以计算该角度下的ISAR成像结果，本实施例的仿真陈述了当入射角Theta＝90°时，方位角Phi＝0°时得到的结果为准确的。若入射角Theta不为90°，在方位角Phi为0°时，结果会出现横向畸变。此时对自身舰船进行相应的转动，即保证在Phi＝0°时，其仿真的结果仍是准确的。本实施例采用的目标舰船模型和自身舰船都是实体构建的，而仿真中的模型则是根据实体的真实尺寸进行构建的。雷达是远距离电子探测设备，而ISAR成像是指通过雷达对远距离目标进行成像，以便更好地监测目标距离、以及目标类型等。因此不存在已知参数为何仍去测量这个问题。
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法，具有如下有益效果：
本发明获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算自身舰船的旋转角；根据所述旋转角的大小转动所述目标舰船模型，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正。该校正手段相对于现有技术实用性强，算法简单、计算量小且分辨率高，通过仿真得到性能数据进行参考及验证大大提升了设计效率节省了成本，且无论入射角如何变化，方位向都保持一个十分高的精度。
实施例二：
请参照图3，图3为基于ISAR成像的方位向仿真校正装置提供的一种实施例的结构示意图。如图3所示，该装置包括：获取模块201、计算模块202和转动模块203。其中，
所述获取模块201用于获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；所述回波信息为HH极化时的ISAR成像；
在本实施例中，所述获取模块201根据所述回波信息，以所述自身舰船中心为原点O，所述自身舰船舰首方向为X轴正向，所述自身舰船天向方向为Z轴正向，建立右手坐标系，并通过目标舰船模型和自身舰船在所述右手坐标系上的相对位置计算获得所述入射角和所述方位角。
在本实施例中，所述入射角为以Z轴正向起，绕Y轴逆时针旋转到目标方位线，在XOZ面上的水平夹角；所述方位角为以X轴正向起，绕Z轴逆时针旋转到目标方位线，在XOY面上的水平夹角。
所述计算模块202用于当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算自身舰船的旋转角；其中，自身舰船的旋转角为所述入射角的余角；
在本实施例中，当方位角为0°时，校正的结果能保证所述ISAR成像的方位向与自身舰船的舷宽一致。当入射角不为90°或当方位角不为0°时，若不进行仿真校正操作则会产生横向畸变。
在本实施例中，在根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角之后，还包括：当所述方位角不为0°时或当所述入射角为90°时，不作任何操作。
所述转动模块203用于根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正；所述自身舰船载有所述雷达。
在本实施例中，所述转动模块203根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，具体为：所述转动模块203根据所述旋转角的大小，使所述自身舰船在XOZ面，以X轴正向绕Y轴逆时针方向为旋转方向进行转动。
相比于现有技术，本发明实施例提供的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正装置，具有如下有益效果：
本发明获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算自身舰船的旋转角；根据所述旋转角的大小转动所述目自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正。该校正手段相对于现有技术实用性强，算法简单、计算量小且分辨率高，通过仿真得到性能数据进行参考及验证大大提升了设计效率节省了成本，且无论入射角如何变化，方位向都保持一个十分高的精度。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步的详细说明，应当理解，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围。特别指出，对于本领域技术人员来说，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法，其特征在于，包括：
获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；所述回波信息为HH极化时的ISAR成像；
当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算所述自身舰船的旋转角；其中，所述自身舰船的旋转角为所述入射角的余角；
根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正；所述自身舰船载有所述雷达。
2.如权利要求1所述的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法，其特征在于，所述根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角，具体为：
根据所述回波信息，以所述自身舰船中心为原点O，所述自身舰船舰首方向为X轴正向，所述自身舰船天向方向为Z轴正向，建立右手坐标系，并通过目标舰船模型和自身舰船在所述右手坐标系上的相对位置计算获得所述入射角和所述方位角。
3.如权利要求2所述的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法，其特征在于，所述根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，具体为：根据所述旋转角的大小，所述自身舰船在XOZ面，以X轴正向绕Y轴逆时针方向为旋转方向进行转动。
4.如权利要求2所述的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法，其特征在于，所述入射角为以Z轴正向起，绕Y轴逆时针旋转到目标方位线，在XOZ面上的水平夹角；所述方位角为以X轴正向起，绕Z轴逆时针旋转到目标方位线，在XOY面上的水平夹角。
5.如权利要求1至4任意一项所述的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正方法，其特征在于，在根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角之后，还包括：当所述方位角不为0°时或当所述入射角为90°时，不作任何操作。
6.一种基于ISAR成像的方位向仿真校正装置，其特征在于，包括获取模块、计算模块和转动模块；其中，
所述获取模块用于获取自身舰船上雷达反馈的目标舰船模型回波信息，根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角；所述目标舰船模型回波信息为HH极化时的ISAR成像；
所述计算模块用于当所述方位角为0°时，且所述入射角不为90°时，计算所述自身舰船的旋转角；其中，所述自身舰船的旋转角为所述入射角的余角；
所述转动模块用于根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，以使所述目标舰船模型的ISAR成像的方位向得到校正；所述自身舰船载有所述雷达。
7.如权利要求6所述的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正装置，其特征在于，所述获取模块用于根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角，具体为：
所述获取模块根据所述回波信息，以所述自身舰船中心为原点O，所述自身舰船舰首方向为X轴正向，所述自身舰船天向方向为Z轴正向，建立右手坐标系，并通过目标舰船模型和自身舰船在所述右手坐标系的相对位置计算获得所述入射角和所述方位角。
8.如权利要求7所述的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正装置，其特征在于，所述转动模块用于根据所述旋转角的大小转动所述自身舰船，具体为：所述转动模块根据所述旋转角的大小，使所述自身舰船在XOZ面，以X轴正向绕Y轴逆时针方向为旋转方向进行转动。
9.如权利要求7所述的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正装置，其特征在于，所述入射角为以Z轴正向起，绕Y轴逆时针旋转到目标方位线，在XOZ面上的水平夹角；所述方位角为以X轴正向起，绕Z轴逆时针旋转到目标方位线，在XOY面上的水平夹角。
10.如权利要求6至9任意一项所述的一种基于ISAR成像的方位向仿真校正装置，其特征在于，在根据所述回波信息，生成与所述目标舰船模型对应的入射角和方位角之后，还包括：当所述方位角不为0°时或当所述入射角为90°时，不作任何操作。
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