利用尺度不变量特征的ISAR二维像自动识别技术

在平移、旋转、投影和遮挡等条件下,逆合成孔径雷达对目标成像不理想,会导致逆合成孔径雷达二维像目标识别困难．针对这个问题,提出了一种新的逆合成孔径雷达二维像特征提取方法,可以在不同的目标姿态获得有效的识别结果．利用尺度不变量变换,提取逆合成孔径雷达二维像的尺度信息,并按照从大到小的顺序重新排列,称为顺序尺度．将顺序尺度截取相同长度作为不变量特征,利用基于支持矢量机的识别算法选择RBF核函数,对逆合成孔径雷达二维像进行目标识别．仿真结果表明,利用顺序尺度作为特征变量,可以对逆合成孔径雷达二维像进行有效识别．     

ISAR Imaging and Cross-Range Scaling Based on Image Rotation Correlation

With the rapid advancement of technology, not only do we need to acquire a clear inverse synthetic aperture radar (ISAR) image, but also the real size of the target on the imaging plane, so it’s particularly important for the ISAR to rescale the images. That is, the ISAR image which is in the range-Doppler domain is converted into the range-azimuth domain. Actually, the key point to solving the problem is to estimate the rotation parameters. In this paper, a new scheme to rescale the images is proposed. For the sake of solving the problem of two-dimensional image blur and target high-speed, the instantaneous range instantaneous Doppler (IRID) method is used to obtain ISAR images, and the rotation parameters are estimated by comparing the rotation correlation of the two images. Using this method, the error of the estimated rotation parameters is greatly reduced, so that the target can be rescaled accurately. The simulation results verify the effectiveness of the proposed algorithm.     

高速运动自旋目标的ISAR成像建模与分析

针对目标兼有高速运动和自旋特征时的逆合成孔径雷达（ISAR）成像问题,主要研究了该类目标的ISAR成像方法。依据高速运动自旋目标的运动特点,建立了其ISAR回波模型,并在回波模型分析的基础上提出了该类目标的ISAR成像投影像概念及计算方法。仿真实验同时验证高速运动自旋目标ISAR投影像计算方法和ISAR成像处理算法的有效性。     

多视角ISAR成像研究

提出了多视角逆合成孔径雷达(ISAR)成像方法,对不同视角回波数据子孔径内部与外部分别选用不同对齐基准的方法进行包络对齐,然后采用多特显点综合法进行自聚焦．对各个视角接收信号融合,给出了一种参数化方法与非参数化方法相结合以进行稀疏孔径外推的算法,经外推后通过方位向FFT得到目标ISAR图像,该算法可有效应用于合成孔径雷达稀疏孔径成像．     

逆合成孔径雷达成象及运动补偿技术

本文讨论了逆合成孔径雷达（ＩＳＡＲ）中的成象和运动补偿技术，介绍了笔者在逆合成孔径雷达方面所做的工作，并给出了一些ＩＳＡＲ成象的实验结果。     

一种利用稀疏统计特性的超分辨ISAR成像方法

为提高短孔径逆合成孔径雷达的成像分辨率,利用逆合成孔径雷达图像的稀疏统计特性,提出了一种超分辨成像算法．通过结合逆合成孔径雷达像的强稀疏性,对成像过程建立近似的统计概率分布模型．利用最大后验概率及贝叶斯估计方法,推导了稀疏控制参数的显式表达,并通过共轭梯度法优化求解图像．另外,联合恒虚警概率检测和带宽外推技术的步进式成像过程,提高了参数估计和超分辨成像算法的稳健性．     

伪双站ISAR成像方法研究

提出了基于单站成像系统获取多站逆合成孔径雷达(ISAR)重建图像的方法,称其为伪双站ISAR成像法.该方法利用电磁波的多径效应,发射一组电磁波信号可接收到多组回波数据,通过对回波进行信号处理,能够获得比常规单、双站ISAR成像更多的目标有用信息.与常规双站ISAR相比,它的设备大大简化,且避开了双站ISAR成像最难解决的同步技术问题.深入分析了伪双站ISAR成像的几何配置、成像原理、雷达成像平面和坐标变换等问题.仿真实验结果验证了理论分析的正确性和成像方法的有效性.     

基于三维目标的ISAR成像中的加窗问题研究

针对窗函数在应用中存在的泄露问题,探讨了三维目标逆合成孔径雷达成像中的加窗问题,以提高多目标分辨能力,获取高精度的成像效果。     

Weighted eigenvector method for sparse-aperture ISAR phase error correction

The traditional eigenvector method for autofocus can not obtain ideal results in low-SNR (signal-to-noise ratio) cases, because the contribution of the signal in different range bins to the final signal differs greatly. Thus, a weighted eigenvector method for ISAR(inverse synthetic aperture radar) phase error correction is proposed by adding different weights to each range bin according to its SNR. The method can not only deal with normal ISAR signals, but also can handle evenly under-sampled or block sparse, even unevenly sparse data. Finally, actual data processing results confirm the validity of the proposed algorithm.     

ISAR Imaging of Fluctuating Ship Target Based on a Novel Approach for Cubic Chirplet Decomposition with Local Polynomial Wigner Distribution

基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解新方法及其在舰船目标逆合成孔径雷达成像中的应用

王勇,高建军

(哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院)

创新点说明：

1） 本文提出一种三次Chirplet分解的新方法。通过计算散射点回波信号的局域多项式魏格纳分布,可获得三次Chirplet基函数的参数估计。解决了传统参数估计方法存在的算法复杂、计算量大等问题。

2） 本文提出一种基于三次Chirplet分解的舰船目标逆合成孔径雷达成像新方法,解决了舰船目标复杂运动情况下,传统的成像方法成像质量下降的问题。本文方法可获得舰船目标高质量的成像结果。

研究目的：

本文的写作目的主要是为了解决舰船目标复杂运动情况下如何提高成像质量的问题。同时提出新的信号参数估计方法,解决传统方法存在的算法复杂、计算量大等问题。

研究方法：

1） 基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解的新方法。通过峰值搜索,可获得三次Chirplet基函数三次相位系数的估计,进而通过解调频等技术获得其它信号参数的估计。对于多分量信号,可通过洁净技术逐一估计出不同信号分量的参数。

2） 舰船目标复杂运动情况下,散射点回波信号可用多分量多项式相位信号模型来进行刻画。通过对多项式相位信号进行三次Chirplet分解,可获得其内在结构信息。进而采用距离——瞬时多普勒成像算法,可获得舰船目标高质量的成像结果。

仿真数据和外场实测数据成像结果验证了本文方法的有效性。

结果：

1） 文中构造了三维摆动的舰船目标及其回波信号模型,如文中图2所示。相应的成像结果如文中图4所示。此时获得了舰船目标高质量的成像结果。

2）文中选取舰船目标的外场实测数据,相应的成像结果如文中图6和图7所示,进一步说明了本文算法的适应性。

结论：

基于局域多项式魏格纳分布的三次Chirplet分解的新方法,可获得三次Chirplet基函数的高精度参数估计结果。将该方法应用于复杂运动舰船目标的逆合成孔径雷达成像中,可获得舰船目标高质量的成像结果。

关键词：三次Chirplet分解;局域多项式魏格纳分布;逆合成孔径雷达成像

     

一种适用于低信噪比短CPI的ISAR横向定标算法

针对低信噪比短相干处理时间(CPI)的逆合成孔径雷达(ISAR)成像及应用,提出一种有效的ISAR横向定标算法．基于ISAR图像的稀疏特征,该方法首先利用加权压缩感知实现超分辨成像,有效地抑制噪声并保证强散射点的恢复精度．然后,根据二维傅里叶变换及极坐标变换的特性,利用极坐标图像间的相关性对转动角速度进行初估计．最后,利用加权压缩感知对相关函数峰值位置进行精确估计,提高了估计精度和效率,从而实现ISAR图像的横向定标．通过仿真和实测数据处理验证了该方法的可行性和有效性．     

ISAR Imaging of Missing Data Based on the Iterative Adaptive Approach

基于迭代自适应算法的缺失数据ISAR成像

王勇,张荣政

(哈尔滨工业大学 电子工程技术研究所,哈尔滨 150001)

创新点说明：

本文提出一种新基于迭代自适应（IAA）算法的缺失数据ISAR成像算法,具体创新性可说明如下：

1） 首先在回波随机缺失的情况下使用IAA算法估计ISAR方位像上的多普勒谱,进而得到清晰且有较高分辨率的缺失数据成像结果。

2）本文所用方法解决了传统FFT的处理缺失数据的谱泄露问题,相比于主流的压缩感知方法,该方法恢复效果更好。

研究目的：

常规的FFT处理方法会导致图像模糊和高旁瓣等问题,为解决缺失数据下的ISAR成像问题,本文提出一种基于迭代自适应方法（IAA）的ISAR缺失数据成像算法。该算法具有全局收敛性,不需要预先设置参数,能得到清晰的成像结果。

研究方法：

1）对回波数据进行解线性调频处理,对其得到的每一个一维距离像进行运动补偿消除平等分量。

2）从缺失数据的回波中提取出有效时刻对应的一维距离像,作为有效数据。

3）将有效数据中每一个距离单元内的方位向数据视为一个非均匀采样信号,使用IAA算法应用加权最小二乘估计来获得非均匀采样信号的频谱,将其作为方位向压缩的结果,从而得到清晰的成像结果。

结果：

1）文中进行了针对一维线谱数据的缺失数据仿真实验,说明了IAA算法对于缺失数据频谱估计的精确性。

2）文中使用IAA算法及OMP算法进行了仿真MIG-25和Yak-42数据的缺失数据成像实验,实验结果说明,IAA算法能够在随机丢失数据的情况下获得清晰的目标图像。

3）文中将使用IAA算法的MIG-25 缺失成像实验数据与OMP算法实验数据进行了定量对比,说明了IAA算法的优越性。

结论：

本文提出的基于迭代自适应算法的ISAR缺失数据成像方法应用加权最小二乘估计来获得非均匀采样信号的频谱。 仿真MIG-25和Yak-42的结果表明,该算法能够在随机丢失数据的情况下获得清晰的目标图像。

关键词：迭代自适应,缺失数据,ISAR

     

跳频脉冲ISAR成像运动补偿的最小波形熵方法

采用跳频脉冲信号作为逆合孔径雷达（ＩＳＡＲ）的宽带信号形成,并在此基础上提出了一种运动补偿新方法－最小波形熵参数估计法,该方法将目标速度、加速度运动参数估计的二维搜索问题转化为两上一维搜索问题,使运算量大为减少,便于实时处理,计算机仿真结果表明该方法参数估计精度高,对噪声的影响具有一定的稳健性,可满足一定杂波背景下对目标成像的要求。     

改进轮廓波变换的ISAR信号超分辨成像方法

为了克服由于实测数据有限、逆合成孔径雷达(ISAR)成像分辨率低的问题,提出了一种基于改进轮廓波变换(CT)的ISAR回波信号超分辨成像方法.该方法首先采用非下采样的轮廓波分解来实现信号不变尺度下不同方向的高频成分提取;然后将不同方向的高频信息与原始回波信息一同构建为CT变换的分解层;最后借助轮廓波重构变换技术实现ISAR回波信号的尺度拓展,进而实现超分辨成像.与用插值方法进行信号尺度拓展后成像相比,该方法更能反映空中目标雅克42型飞机雷达图像细节信息,提高成像质量,从而验证了该方法的有效性.     

3D打印AlSi10Mg合金组织性能研究

二维稀疏舰船目标的三维干涉ISAR成像

王勇^1,2,陈雪飞^1,2

(1.哈尔滨工业大学 电子工程技术研究所,哈尔滨 150001;

2. 对海监测与信息处理工业和信息化部重点实验室 哈尔滨 150001)

创新点说明：

提出一种当舰船目标回波处于两维稀疏情况时的三维InISAR成像算法,具体创新性可说明如下：

1） 首先将距离维稀疏回波进行稀疏重构;然后利用全局类补偿方法对重构后的信号进行包络对齐、相位校正和图像配准;接着考虑舰船目标在成像时间内近似为平稳运动,对接收的稀疏回波提取出有效数据,进行方位压缩得到目标的高分辨ISAR图像;最后通过干涉处理得到目标的三维几何重构图。

2） 本文所提方法解决了回波两维稀疏情况下舰船目标的三维InISAR成像问题,可有效适用于回波距离维随机缺失、方位维随机缺失和块缺失的情况;相对于传统的三维成像算法,本文算法可得到更好的成像结果。

研究目的：

为解决回波处于两维缺失时舰船目标的三维InISAR成像问题,提出一种针对回波距离维随机缺失、方位维随机缺失和块缺失时的舰船目标三维InISAR成像算法。该算法具有一定的有效性和实用性,可实现在方位维回波随机缺失75%时的成像,块缺失中有效回波仅占接收回波1/8时的舰船目标三维InISAR成像。

研究方法：

1）对回波距离维随机缺失数据采用梯度自适应算法进行稀疏重构,得到重构的回波;

2） 利用全局平均一维距离像熵最小算法估计出中心雷达回波中目标的运动参数,利用该参数对各雷达回波进行距离对准;

3） 利用联合相位校正算法对包络对齐后的三雷达回波进行处理,在实现回波相位校正的同时消除回波间的波程差,实现各图像间的配准;

4） 将成像时间内舰船目标的运动近似为平稳运动,提取出接收回波中的有用数据进行方位向压缩后得到三幅ISAR图像;

5） 分别沿两基线进行干涉处理,并结合测距信息即可得到目标的三维几何重构,从而实现回波两维缺失时舰船目标的三维InISAR成像。

研究结果：

1） 由不同稀疏重构算法对距离维信号的重构误差对比图可看出,本文中的梯度自适应算法能获得更好的结果;

2） 由回波两维随机缺失时舰船目标的三维InISAR成像结果可看出,回波在不同的缺失情况时均能得到目标很好的三维图像,即使回波中有效数据仅占25%时。

3）由距离维随机缺失、方位维块缺失时舰船目标的成像结果可发现,本文算法对处于不同缺失情况下的回波均能实现目标的三维几何重构,表明了该算法的有效性。

4） 通过对采用不同图像配准算法的舰船目标三维几何重构图分析可以发现,本文算法更适用于稀疏孔径下目标的三维InISAR成像。

结论：

当雷达接收回波处于两维稀疏时,传统的运动补偿和图像配准算法将无法获得目标运动的精确补偿和图像间的精确配准,使得稀疏孔径下舰船目标的二维成像质量下降,三维几何重构精度偏低。本文提出一种针对回波处于两维稀疏时舰船目标的三维InISAR成像算法,仿真实验结果可看出,该算法适用于回波处于距离维随机缺失、方位维随机缺失或块缺失的舰船目标三维成像,验证了所提算法的有效性。

关键词：3-D InISAR, 两维稀疏,梯度自适应算法,平均一维距离像,联合相位校正

     

Three-dimensional bistatic interferometric ISAR imaging

An approach based on interferometry technique is proposed for three-dimensional( 3D) bistatic inverse synthetic aperture radar( ISAR) imaging. It is converted to a monostatic problem by using the theory that a bistatic radar equals a monostatic radar located on the bisector of bistatic angle. Then,interferometric phases extracted from a pair of cross shaped antennas are used to estimate the height and associated rotational velocity.Finally,numerical simulations are provided to evaluate this method.     

应用联合自聚焦实现低信噪比ISAR成像平动补偿

传统逆合成孔径雷达(ISAR)平动补偿中,由于低信噪比下包络对齐无法精确实现,因此会导致后续相位自聚焦的精度受到限制．针对该问题,提出了一种包络相位联合自聚焦算法．该算法可以实现低信噪比下对ISAR目标复杂的平动分量进行补偿．利用二维ISAR图像熵作为目标函数,结合阻尼牛顿法进行最优化求解,在低信噪比下完成对平动分量的精确估计．另外,考虑到直接采样模式下,ISAR回波包络的缓变特性,对应平动分量可用有限阶多项式进行拟合．因此,利用归一化多项式拟合实现估计参数规模的简化,提高了估计精度和效率．Yak-42实测数据验证了该算法在低信噪比下的有效性和可靠性．     

机载对海多目标ISAR成像系统设计

机载对海逆合成孔径雷达(inverse synthetic aperture radar,ISAR)能够对海面大中型舰船进行二维成像,图像信息为识别提供了更有利的依据.根据ISAR系统的工作原理,首先分析了对海多目标ISAR面临的关键问题;然后提出了空间、时间两维分割的处理方案,以解决不同海况下海面多目标成像分辨率的问题;最后给出了典型的试验验证结果.本文的研究结果对海面多目标ISAR系统设计具有一定的指导意义.     

旋转目标一维和二维成象处理之间的关系

本文针对旋转目标逆合成孔径雷达成象(ISAR)处理中的距离—多卜勒(R-D)处理和由投影层析成象(CT)处理两种基本方法,研究了它们之间的基本关系,讨论了它们各自的处理特点和处理能力。结果表明这两种基本方法其实质是一致的,只不过各自有其应用条件和特点。本文研究的目的在于更深刻地认识现有的一些ISAR成象处理方法的内在联系,为寻求新的、实时、高分辨的ISAR成象处理方案探索途径。     

Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging of Multi-Targets Based on Image Processing Technique

基于图像处理技术的ISAR多目标成像

王勇，冯帅，张庆祥

(哈尔滨工业大学 电子与信息工程学院，哈尔滨 150001)

创新点说明：

提出一种基于图像域分割处理的多舰船目标ISAR成像算法，创新点如下：

1. 首先应用图像域的一系列处理将稀疏的多目标ISAR图像变为边缘清晰、相互无交叠的多目标轮廓像，进而应用图像域的滤波器实现目标的分离提取，针对分离出的单目标进行精确的聚焦成像。

2. 所用方法解决了速度相近的多目标ISAR成像问题，可有效解决方位向或距离像不可分割目标的分离问题。并在实测数据验证中表现出良好性能。

研究目的：

为解决速度相近的多目标在ISAR成像中难以精确聚焦与有效分割，提出一种基于图像域分割处理的多舰船目标ISAR成像算法。该算法具有一定鲁棒性与自适应性，可对距离相距较近、平动速度相似、三维摆动不同的多目标进行有效分割与再聚焦成像。

研究方法：

1. 对多目标回波数据进行距离压缩，应用积累互相关法及恒定相位差消除法进行整体的初步运动补偿，之后应用RD算法得到多目标的粗成像结果。

2. 对粗成像结果依次进行全局噪声抑制、自适应图像截取、条纹干扰及斑痕噪声抑制、图像空洞填充、几何聚类分割，得到目标各自的轮廓。之后应用该轮廓在复图像域实现目标的分割与提取。

3. 将提取到的目标数据反变换至数据域，重新进行单目标的运动补偿，之后应用RD算法及RID算法（PGCPF）得到不同目标各自的清晰成像结果。

结果：

1. 针对多个相似速度目标（四个舰船目标具有相似的平移运动和不同的三维摆动）进行仿真实验，目标完整分离且成像清晰，说明本文所提出算法的有效性。

2. 应用一段实测双船数据对算法性能做出验证，结果显示分离效果较好，成像较为清晰，说明本文所提出算法具备处理实际场景数据的能力。

结论：

当雷达回波内出现多个目标回波时，由于目标的运动状态差异，导致传统的运动补偿方法无法同时将目标的运动精确补偿，造成成像质量偏低。本文提出一种基于图像域分割处理的多舰船目标ISAR成像算法。该算法经过仿真及实测数据的验证，具备一定的鲁棒性及自适应性。

关键词：图像分割，多目标，ISAR