徐少坤劉記紅 袁翔宇 陸 靜

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心 洛陽(yáng) 471003)

基于ISAR圖像的中段目標(biāo)二維幾何特征反演方法

徐少坤*劉記紅 袁翔宇 陸 靜

(中國(guó)洛陽(yáng)電子裝備試驗(yàn)中心 洛陽(yáng) 471003)

該文針對(duì)彈道導(dǎo)彈防御系統(tǒng)的目標(biāo)識(shí)別問(wèn)題，研究了中段目標(biāo)的2維幾何特征反演方法。基于中段目標(biāo)的外形特征，提出了一種描述目標(biāo)2維幾何結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定特征量，該特征量不受目標(biāo)姿態(tài)變化和雷達(dá)工作條件的影響?；谥卸文繕?biāo)的電磁散射特性，建立了目標(biāo)在不同姿態(tài)下的ISAR成像結(jié)果與目標(biāo)2維幾何特征的映射關(guān)系，進(jìn)而提出一種基于ISAR像的中段目標(biāo)2維幾何特征反演方法，能夠穩(wěn)定地反演出中段目標(biāo)飛行過(guò)程中所有姿態(tài)下的2維幾何特征。通過(guò)電磁計(jì)算數(shù)據(jù)和暗室測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證了所提方法的有效性和穩(wěn)定性。

目標(biāo)識(shí)別；中段目標(biāo)；2維幾何特征；ISAR圖像；反演

1 引言

彈道導(dǎo)彈防御(Ballistic Missile Defense, BMD)是國(guó)家領(lǐng)土安全的重要組成部分，彈道目標(biāo)在中段飛行過(guò)程中狀態(tài)平穩(wěn)，留給BMD系統(tǒng)的反應(yīng)時(shí)間相對(duì)充足，被認(rèn)為是彈道導(dǎo)彈攻防對(duì)抗的主要階段[1,2]。導(dǎo)彈攻防對(duì)抗的關(guān)鍵在于對(duì)真假?gòu)楊^的有效識(shí)別，國(guó)際上對(duì)美國(guó)BMD系統(tǒng)有效性的懷疑也主要集中在這一方面[35]-。幾何結(jié)構(gòu)特征是目標(biāo)的固有屬性，包括形狀、尺寸、結(jié)構(gòu)等，對(duì)中段目標(biāo)識(shí)別具有重要的意義[6,7]。

寬帶雷達(dá)是BMD系統(tǒng)目標(biāo)識(shí)別的核心傳感器[79]-，基于寬帶雷達(dá)回波反演目標(biāo)的幾何結(jié)構(gòu)特征是BMD系統(tǒng)雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別的主要手段[1013]-。美國(guó)早在20世紀(jì)70年代就具備了反演中段目標(biāo)幾何結(jié)構(gòu)特征的能力，并研究了基于幾何特征的目標(biāo)識(shí)別算法，但由于保密原因，其技術(shù)細(xì)節(jié)未見(jiàn)報(bào)道[7]。文獻(xiàn)[10-12]研究了基于多幅高分辨距離像的目標(biāo)徑向尺寸估計(jì)方法，文獻(xiàn)[13]基于ISAR圖像研究了目標(biāo)尺寸和形狀等特征反演方法，但上述方法得到的均是目標(biāo)圖像的尺寸，描述的是目標(biāo)在雷達(dá)視線或成像平面上的投影尺寸，與雷達(dá)的照射視線相關(guān)；另外，上述研究都是基于理想電磁散射模型展開(kāi)的，而中段目標(biāo)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中出現(xiàn)鏡面反射等非理想散射的可能性較大[14]，當(dāng)出現(xiàn)非理想散射現(xiàn)象時(shí)，上述方法可能無(wú)法有效提取目標(biāo)的幾何特征。因此，需要進(jìn)一步研究有效而穩(wěn)健的中段目標(biāo)幾何特征反演方法。

本文基于中段目標(biāo)的電磁散射特性，提出了一種描述目標(biāo)2維幾何結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定特征量，該特征量屬于目標(biāo)的固有屬性，不受目標(biāo)姿態(tài)變化和雷達(dá)工作條件的影響，只與少量的等效散射中心位置和長(zhǎng)度因子有關(guān)。針對(duì)這一特性，本文將雷達(dá)照射角劃分成幾個(gè)典型的觀測(cè)區(qū)間，深入分析目標(biāo)2維幾何特征在雷達(dá)圖像中的表現(xiàn)形式，建立了目標(biāo)在不同姿態(tài)下的ISAR成像結(jié)果與目標(biāo)2維幾何特征的映射關(guān)系，進(jìn)而提出了一種2維幾何特征反演方法?；陔姶庞?jì)算數(shù)據(jù)和暗室測(cè)量數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本文方法能夠穩(wěn)定地反演出中段目標(biāo)的2維幾何特征，反演精度較高。

2 中段目標(biāo)電磁散射特性分析及2維幾何特征的穩(wěn)定描述

2.1 中段目標(biāo)的電磁散射特性分析

中段目標(biāo)一般是錐+柱+臺(tái)結(jié)構(gòu)的剛體目標(biāo)，通常為旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體，幾何結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，而且距離雷達(dá)較遠(yuǎn)，滿足遠(yuǎn)場(chǎng)條件，可認(rèn)為入射波為平面波。電磁波照射到中段目標(biāo)上形成的散射場(chǎng)可以用相應(yīng)位置的散射中心近似，目標(biāo)的散射中心模型可描述目標(biāo)的輪廓特征。

由于中段目標(biāo)飛行過(guò)程中姿態(tài)變化范圍較大，目標(biāo)的電磁散射模型會(huì)發(fā)生相應(yīng)的變化，不能用單一姿態(tài)下的散射中心模型對(duì)目標(biāo)建模。表1給出了某錐柱體目標(biāo)在不同姿態(tài)下的電磁波照射模型和相應(yīng)的暗室測(cè)量數(shù)據(jù)成像結(jié)果，其中視線角指的是雷達(dá)視線與目標(biāo)對(duì)稱軸之間的夾角?？梢?jiàn)，結(jié)果中強(qiáng)散射點(diǎn)(等效散射中心)位置較為清晰，散射點(diǎn)的實(shí)際位置與目標(biāo)幾何形體上不連續(xù)處吻合較好，成像結(jié)果較好地詮釋了目標(biāo)的電磁散射特性；特別地，當(dāng)視線角為72°～77°時(shí)，成像結(jié)果為一個(gè)沿方位向延伸跨越了幾個(gè)單元的“斑”，此時(shí)目標(biāo)的電磁散射主要由錐體的鏡面反射構(gòu)成，體現(xiàn)為一個(gè)展布式散射中心。

對(duì)于中段旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體目標(biāo)，中段飛行過(guò)程中，目標(biāo)的等效散射中心可能在展布式散射中心和局域式散射中心之間相互轉(zhuǎn)換，可采用屬性散射中心模型[15]對(duì)中段目標(biāo)的電磁散射特性進(jìn)行統(tǒng)一描述，即

其中，f和θ分別表示電磁波的頻率和入射角度，fc為工作載頻；I表示目標(biāo)等效散射中心個(gè)數(shù)；Ai表示散射中心的強(qiáng)度；ri(θ)表示散射中心到雷達(dá)的距離；αi表示頻率影響因子，一般滿足αi∈{±1, ±0.5,0};{γi,Li,}是散射中心的屬性因子，對(duì)于局域式散射中心，Li=0,沒(méi)有意義，γi表征散射率對(duì)方位角的依賴性；對(duì)于展布式散射中心，Li＞0,表征散射中心相對(duì)于雷達(dá)的方向，同時(shí)γi=0。

2.2 中段目標(biāo)2維幾何特征的穩(wěn)定描述

從表1中的成像結(jié)果可以看出，由于遮擋效應(yīng)，目標(biāo)體上的可視散射中心集中在靠近雷達(dá)電磁波入射方向的表面上。例如，在圖1所示的照射條件下，只有1～3號(hào)散射中心是可視的。通常錐體目標(biāo)的結(jié)構(gòu)特征可用3個(gè)等效散射中心(錐頂一個(gè)，錐底兩個(gè))的位置來(lái)描述，錐+柱或錐+臺(tái)組合體(下文將兩者統(tǒng)稱為錐臺(tái)組合體)目標(biāo)的腰部連接處也存在等效散射中心，但這些散射中心不影響目標(biāo)的整體尺寸，該類目標(biāo)的2維尺寸同樣可由頂部和底部的3個(gè)等效散射中心反演得到。

反演中段目標(biāo)的幾何機(jī)構(gòu)特征時(shí)，通常可將目標(biāo)等效為一個(gè)圓錐體(目標(biāo)為錐臺(tái)體結(jié)構(gòu)時(shí)，等效為目標(biāo)頂點(diǎn)和底面所確定的圓錐體，如圖1中虛線所示)。等效圓錐體的2維幾何尺寸與其母線長(zhǎng)度l和半錐角?0具有一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，本文將(l,?0)定義為中段目標(biāo)的2維幾何特征，它是反映圓錐體目標(biāo)自身結(jié)構(gòu)特性的特征量，與測(cè)量條件無(wú)關(guān)，也不隨雷達(dá)觀測(cè)視角的改變而變化，對(duì)中段目標(biāo)識(shí)別具有重要意義。

表1 不同姿態(tài)角下錐體模型暗室測(cè)量成像結(jié)果

圖1 典型彈道目標(biāo)外形及等效散射中心示意圖

3 目標(biāo)2維幾何特征在ISAR像中的表現(xiàn)形式

利用錐體目標(biāo)的3個(gè)散射中心在ISAR圖像中的相對(duì)位置可反演得到其2維幾何特征。但是，由于存在遮擋和鏡面散射現(xiàn)象，在不同照射角下，目標(biāo)的3個(gè)散射中心在ISAR圖像中的相對(duì)位置會(huì)發(fā)生改變，其2維幾何特征0(,)l?與ISAR圖像的對(duì)應(yīng)關(guān)系也不同。如圖2所示，當(dāng)雷達(dá)照射視線角θ在0°～180°范圍內(nèi)變化時(shí)(180°～360°的情況與0°～180°相同)，根據(jù)是否出現(xiàn)遮擋和鏡面散射現(xiàn)象，可將雷達(dá)視線的照射方向分5個(gè)區(qū)間進(jìn)行分析，研究基于ISAR像反演目標(biāo)2維幾何特征的方法。

圖6 電磁波照射錐體目標(biāo)示意圖

對(duì)某暗室測(cè)量錐臺(tái)體模型按照?qǐng)D2所示的姿態(tài)區(qū)間進(jìn)行劃分，不同區(qū)間測(cè)量數(shù)據(jù)的成像結(jié)果如圖3所示。由于目標(biāo)底部沒(méi)有封閉，當(dāng)電磁波從目標(biāo)尾部照射時(shí)，存在非常強(qiáng)的腔體散射，如圖3(d)和3(e)所示。實(shí)際目標(biāo)的尾部通常是封閉的，不存在腔體散射，因此，下文分析過(guò)程中不考慮目標(biāo)尾部的腔體散射。

設(shè)θ表示電磁波照射目標(biāo)的平均視線角，成像積累角大小為υ，則成像區(qū)間為[θ-υ/2,θ+υ/2]。下面分別分析圖2中5個(gè)照射區(qū)間內(nèi)目標(biāo)的2維幾何特征在ISAR圖像中的表現(xiàn)形式。

(1)當(dāng)雷達(dá)視線在區(qū)間①內(nèi)，即θ＜?0時(shí)，錐頂和錐底的3個(gè)散射中心P1, P2和P3均是可視的，如圖3(a)所示。設(shè)目標(biāo)圖像的徑向尺寸為dr，方位向尺寸為da，根據(jù)幾何投影關(guān)系，dr表示P1與P3連線在雷達(dá)視線方向上的投影，da表示P2與P3連線在雷達(dá)視線法線方向上的投影，則目標(biāo)的2維幾何特征為

(2)當(dāng)雷達(dá)視線位于區(qū)間②內(nèi)，即?0≤θ＜π/2且時(shí)，P3將被遮擋，成像結(jié)果中只能看到P1和P2，可將目標(biāo)看作一個(gè)線目標(biāo)，如圖3(b)所示。根據(jù)幾何投影關(guān)系，dr和da分別為P1與P2連線在雷達(dá)視線方向和雷達(dá)視線法線方向上的投影，則當(dāng)≤θ＜π/2-時(shí)，

圖3 雷達(dá)從不同區(qū)間錐臺(tái)體目標(biāo)的成像結(jié)果

當(dāng)π/2-?0＜θ＜π/2時(shí)，

(3)當(dāng)雷達(dá)視線在區(qū)間③內(nèi)，即θ∈[π/2-?0-υ/2,π/2-?0+υ/2]時(shí)，雷達(dá)視線在垂直于錐體母線的方向附近變化，目標(biāo)的電磁散射主要表現(xiàn)為錐體的鏡面散射，等效為一個(gè)展布式散射中心，成像結(jié)果如圖3(c)所示。設(shè)展布式散射中心在方位向的長(zhǎng)度為L(zhǎng)0，根據(jù)電磁散射理論，此時(shí)L0與錐體母線長(zhǎng)度一致，可根據(jù)目標(biāo)圖像的方位向尺寸得到目標(biāo)的母線長(zhǎng)度，半錐角?0則可通過(guò)估計(jì)鏡面散射中心的方向角獲得。假設(shè)鏡面散射中心的方向角為，則

對(duì)于錐臺(tái)體目標(biāo)，當(dāng)雷達(dá)視線垂直于錐體母線或臺(tái)體母線時(shí)，目標(biāo)的電磁散射主要表現(xiàn)為鏡面散射，但還存在相對(duì)較弱的邊緣散射，如圖3(c)中的P2，此時(shí)鏡面散射中心的長(zhǎng)度對(duì)應(yīng)的是鏡面散射結(jié)構(gòu)的母線長(zhǎng)度，直接將其視為等效錐體的母線長(zhǎng)度將存在較大誤差。如圖3(c)所示，設(shè)鏡面散射中心與P2之間的方位向距離為，距離向距離為，則等效錐體的母線長(zhǎng)度為

(4)當(dāng)雷達(dá)視線在區(qū)間④內(nèi)，即π/2≤θ＜π-?0時(shí)，不存在遮擋現(xiàn)象，P1, P2和P3均是可視的，如圖3(d)所示。根據(jù)散射中心的位置關(guān)系，(l,?0)與圖像尺寸dr和da的對(duì)應(yīng)關(guān)系還應(yīng)分兩種情況討論。

當(dāng)π/2≤θ＜π/2+?0時(shí)，dr為P2與P3連線在雷達(dá)視線方向上的投影，da為P1與P3連線在雷達(dá)視線法線方向上的投影，則

當(dāng)π/2+?0≤θ＜π-?0時(shí)，dr為P1與P2連線在雷達(dá)視線方向上的投影，da為P1與P3連線在雷達(dá)視線法線方向上的投影，則

式(8)中，(l,?0)的估計(jì)均受dr和da估計(jì)結(jié)果的影響，當(dāng)θ≈3π/4時(shí)，dr和da的估計(jì)誤差將導(dǎo)致l和?0估計(jì)出現(xiàn)野值。對(duì)于錐體目標(biāo)，有式(9)所示的先驗(yàn)信息：

因此，可將式(8)修正為

(5)當(dāng)雷達(dá)視線在區(qū)間⑤內(nèi)，即π-?0≤θ≤π時(shí)，目標(biāo)頂部的散射中心P1將被遮擋，目標(biāo)的電磁散射主要表現(xiàn)為底面圓盤(pán)的散射，等效為散射中心P2和P3，如圖3(e)所示。根據(jù)幾何投影關(guān)系，dr和da分別為P2與P3連線在雷達(dá)視線方向和雷達(dá)視線法線方向上的投影，即式中，目標(biāo)的2維幾何特征l和?0是耦合的，只能根據(jù)dr和da估計(jì)出圓錐體的底面圓盤(pán)半徑lsin ?0，無(wú)法得到具體的2維幾何特征l和?0。在中段目標(biāo)飛行過(guò)程中，雷達(dá)視線角在區(qū)間⑤的可能性較低，因此這種情況不會(huì)影響實(shí)際情況中的中段目標(biāo)2維幾何特征估計(jì)。

綜上可知，目標(biāo)的2維幾何特征(l,?0)與目標(biāo)ISAR像的徑向尺寸和橫向尺寸及目標(biāo)的姿態(tài)角存在一個(gè)分段映射關(guān)系f:(dr,da,θ)→(l,?0)。

4 目標(biāo)2維幾何特征反演方法

根據(jù)中段目標(biāo)2維幾何特征在ISAR圖像中的表現(xiàn)形式，基于ISAR圖像反演目標(biāo)的2維幾何特征時(shí)，需要預(yù)先確定雷達(dá)照射目標(biāo)的平均視線角，實(shí)際應(yīng)用時(shí)可通過(guò)目標(biāo)的軌道信息進(jìn)行確定。

在ISAR圖像中，目標(biāo)的徑向尺寸可通過(guò)距離向相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)散射中心的位置確定；橫向尺寸可通過(guò)方位向相距最遠(yuǎn)的兩個(gè)散射中心的位置確定(若圖像中包含展布式散射中心，則可將長(zhǎng)度為L(zhǎng)0的展布式散射中心看成是方位向相距L0的兩個(gè)局域式散射中心)。綜上所述，基于ISAR圖像反演中段目標(biāo)2維幾何特征的方法可描述如下：

(1)根據(jù)目標(biāo)軌道信息確定雷達(dá)的平均視線角θ；

(2)對(duì)回波數(shù)據(jù)進(jìn)行成像處理，得到2維圖像域數(shù)據(jù)X；

(3)基于圖像域的方法估計(jì)目標(biāo)等效散射中心的位置和長(zhǎng)度[15,16]，記為{(,,)|i=1,2,…,I }，其中I表示散射中心個(gè)數(shù)，和分別表示散射中心的方位向坐標(biāo)和距離向坐標(biāo)，表示散射中心的長(zhǎng)度；

(4)根據(jù)散射中心參數(shù)估計(jì)結(jié)果計(jì)算該姿態(tài)下目標(biāo)的徑向尺寸和橫向尺寸，計(jì)算方法如下：

(5)根據(jù)θ確定映射關(guān)系f:(dr,da,θ)→(l,?0)，利用dr和da計(jì)算目標(biāo)的2維幾何特征(l,?0)。

由于目標(biāo)的2維幾何特征只與錐頂和錐底的3個(gè)等效散射中心有關(guān)，為了提高算法效率，在估計(jì)散射中心參數(shù)時(shí)，只需對(duì)幾個(gè)感興趣區(qū)域內(nèi)的散射中心進(jìn)行分析，即可反演目標(biāo)的2維幾何特征。

5 仿真實(shí)驗(yàn)及分析

5.1 電磁計(jì)算數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析

為驗(yàn)證本文方法的有效性，首先利用電磁計(jì)算的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。目標(biāo)模型為圓錐體，高3 m，底面半徑為0.6 m，對(duì)應(yīng)的母線長(zhǎng)度為3.06 m，半錐角為11.31°。電磁計(jì)算時(shí)，雷達(dá)視線方向的起始角為0°(沿鼻錐方向入射)，視線角間隔為0.1°，視線終止角為180°。方位向每間隔5°選取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行ISAR成像，成像積累角為10°，利用所成的ISAR像反演目標(biāo)的2維幾何特征，結(jié)果如圖4和圖5所示。

圖4給出了平均視線角在5°～170°變化時(shí)目標(biāo)徑向尺寸和橫向尺寸的估計(jì)結(jié)果。可以看出，從ISAR圖像中反演出來(lái)的徑向尺寸和橫向尺寸與目標(biāo)等效散射中心在雷達(dá)視線方向和法線方向的投影尺寸誤差較小，說(shuō)明本文方法能較好地估計(jì)出目標(biāo)等效散射中心的投影分布，但是由于遮擋現(xiàn)象，目標(biāo)散射中心的投影分布并不能準(zhǔn)確反映目標(biāo)本身的真實(shí)投影尺寸，反演得到的徑向尺寸和橫向尺寸無(wú)法準(zhǔn)確描述目標(biāo)的真實(shí)結(jié)構(gòu)。圖5給出了目標(biāo)在5°～170°變化時(shí)的2維幾何特征反演結(jié)果，結(jié)果表明，目標(biāo)的2維幾何特征估計(jì)精度較高，估計(jì)誤差較小，只有當(dāng)姿態(tài)角接近135°時(shí)，l和0?的估計(jì)誤差較大，這是因?yàn)樵谠摖顟B(tài)下l和0?的反演結(jié)果對(duì)rd和ad的估計(jì)誤差非常敏感，與理論分析結(jié)果一致。

圖4 目標(biāo)徑向尺寸與橫向尺寸估計(jì)結(jié)果

圖5 目標(biāo)2維幾何特征估計(jì)結(jié)果

5.2 暗室測(cè)量數(shù)據(jù)驗(yàn)證分析

為進(jìn)一步驗(yàn)證本文方法的有效性，利用暗室測(cè)量的錐臺(tái)體和錐球體目標(biāo)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，目標(biāo)結(jié)構(gòu)尺寸如圖6所示。錐臺(tái)體目標(biāo)的長(zhǎng)度為1.2 m，底面直徑為0.52 m，等效錐體的母線長(zhǎng)度和半錐角分別為1.228 m和12.23°；錐球體目標(biāo)的長(zhǎng)度為0.66 m，底面直徑為0.14 m，等效錐體的母線長(zhǎng)度和半錐角分別為0.664 m和6.65°。在方位向每間隔5°選取一組數(shù)據(jù)進(jìn)行ISAR成像，成像積累角為10°，利用所成ISAR像反演目標(biāo)的2維幾何特征，結(jié)果如圖7和圖8所示。

圖6 暗室測(cè)量目標(biāo)結(jié)構(gòu)尺寸(mm)

圖7給出了雷達(dá)平均視線角在0°～90°范圍內(nèi)變化時(shí)錐臺(tái)體目標(biāo)的2維幾何特征反演結(jié)果。由于采用的錐臺(tái)體目標(biāo)模型底部是沒(méi)有封閉的空腔結(jié)構(gòu)，當(dāng)電磁波從目標(biāo)尾部入射時(shí)，目標(biāo)的等效散射中心分布無(wú)法準(zhǔn)確反映目標(biāo)的尺寸信息(如圖3(d)，圖3(e)所示)，此處僅用0°～90°的觀測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析?？梢钥闯觯诓煌丈湟暰€角下，利用本文方法均可有效估計(jì)出目標(biāo)的母線長(zhǎng)度，估計(jì)誤差低于10%，目標(biāo)的等效半錐角在大多數(shù)情況下也可得到較準(zhǔn)確的估計(jì)，驗(yàn)證了本文方法對(duì)錐臺(tái)體目標(biāo)2維幾何特征反演的有效性。

圖8給出了雷達(dá)平均視線角在0°～180°范圍內(nèi)變化時(shí)錐球體目標(biāo)的2維幾何特征反演結(jié)果。結(jié)果表明，目標(biāo)的母線長(zhǎng)度估計(jì)精度較高，只有當(dāng)姿態(tài)角接近135°時(shí)，l和0?的估計(jì)誤差較大，這是因?yàn)樵撟藨B(tài)下l和0?的反演結(jié)果對(duì)rd和ad的估計(jì)誤差非常敏感，但經(jīng)過(guò)修正處理后，母線長(zhǎng)度的估計(jì)誤差可降到10%以內(nèi)。另外，當(dāng)雷達(dá)平均視線角大于135°時(shí)，目標(biāo)母線長(zhǎng)度的估計(jì)值始終大于真實(shí)值，半錐角的估計(jì)結(jié)果偏小，這是因?yàn)楫?dāng)電磁波從目標(biāo)尾部入射時(shí)，錐球體目標(biāo)尾部的等效散射中心在球面上滑動(dòng)，使目標(biāo)的母線長(zhǎng)度反演結(jié)果偏大，而半錐角的反演結(jié)果偏小。

6 結(jié)束語(yǔ)

圖7 錐臺(tái)體目標(biāo)2維幾何特征反演結(jié)果

圖8 錐球體目標(biāo)2維幾何特征反演結(jié)果

幾何結(jié)構(gòu)特征是目標(biāo)最直觀的物理特性之一，中段目標(biāo)2維幾何特征反演可為BMD系統(tǒng)中段目標(biāo)識(shí)別提供重要的依據(jù)。本文研究了中段目標(biāo)的2維幾何特征反演方法，針對(duì)中段旋轉(zhuǎn)對(duì)稱體目標(biāo)特殊的形體結(jié)構(gòu)，定義了一種描述其2維幾何結(jié)構(gòu)的特征量，該特征量屬于目標(biāo)的固有屬性，與目標(biāo)姿態(tài)和雷達(dá)的照射條件無(wú)關(guān)。論文詳細(xì)分析了中段目標(biāo)的電磁散射特性，建立了目標(biāo)2維幾何特征與其ISAR成像結(jié)果的映射關(guān)系，在此基礎(chǔ)上提出了一種2維幾何特征反演方法，能夠在各種照射條件下穩(wěn)定估計(jì)出中段目標(biāo)的2維幾何特征。值得注意的是，獲取高質(zhì)量的目標(biāo)ISAR圖像是本文方法應(yīng)用的前提，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中都是基于轉(zhuǎn)臺(tái)目標(biāo)獲取ISAR圖像的，對(duì)于真實(shí)的中段目標(biāo)，其運(yùn)動(dòng)過(guò)程較為復(fù)雜，雷達(dá)照射視線角非均勻變化，將影響中段目標(biāo)的成像和定標(biāo)結(jié)果，進(jìn)而影響基于ISAR圖像的2維幾何特征反演結(jié)果，因此，在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，中段目標(biāo)的ISAR成像和圖像定標(biāo)問(wèn)題還需要研究解決。

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徐少坤： 男，1983年生，博士，研究方向?yàn)槔走_(dá)成像、雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別及雷達(dá)對(duì)抗.

劉記紅： 男，1983年生，博士，研究方向?yàn)閴嚎s感知、雷達(dá)信號(hào)處理及雷達(dá)成像.

袁翔宇： 男，1974年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槔走_(dá)及雷達(dá)對(duì)抗.

陸 靜： 女，1973年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)槔走_(dá)及雷達(dá)對(duì)抗.

Two Dimensional Geometric Feature Inversion Method for Midcourse Target Based on ISAR Image

Xu Shao-kun Liu Ji-hong Yuan Xiang-yu Lu Jing
(Luoyang Electronic Equipment Test Center of China, Luoyang 471003, China)

This paper focuses on Two Dimensional (2D) geometric feature inversion method of midcourse targets, serving for the target recognition problem of ballistic missile defense system. Based on the figuration characteristic of midcourse targets, a stable characteristic quantity, which describes the 2D geometric configuration of target, is proposed. The characteristic quantity is independent on the target attitude variation and radar work condition. Then the expression form of 2D geometric feature in radar image is analyzed with respect to different intervals, the mapping relationships between ISAR images under various target attitudes and the 2D geometric feature of target are established, and an 2D geometric feature inversion method for midcourse targets based on ISAR image is proposed. The proposed method can stably estimate the 2D geometric feature of midcourse targets under all attitudes during the midcourse flight, which is verified by the simulation experiments with electromagnetic computed data and measured data in anechoic chamber.

Target recognition; Midcourse target; Two-Dimensional (2D) geometric feature; ISAR image; Inversion

TN95

A

1009-5896(2015)02-0339-07

10.11999/JEIT140338

2014-03-13收到，2014-06-13改回

*通信作者：徐少坤 xsk0220@163.com