一种基于波程差补偿的InISAR图像配准方法

周子铂 蒋李兵 王壮

周子铂, 蒋李兵, 王壮. 一种基于波程差补偿的InISAR图像配准方法[J]. 雷达学报, 2018, 7(6): 758-769. doi: 10.12000/JR18070
引用本文: 周子铂, 蒋李兵, 王壮. 一种基于波程差补偿的InISAR图像配准方法[J]. 雷达学报, 2018, 7(6): 758-769. doi: 10.12000/JR18070
Zhou Zibo, Jiang Libing, Wang Zhuang. Image Registration Based on Wave Path Difference Compensation for InISAR[J]. Journal of Radars, 2018, 7(6): 758-769. doi: 10.12000/JR18070
Citation: Zhou Zibo, Jiang Libing, Wang Zhuang. Image Registration Based on Wave Path Difference Compensation for InISAR[J]. Journal of Radars, 2018, 7(6): 758-769. doi: 10.12000/JR18070

一种基于波程差补偿的InISAR图像配准方法

DOI: 10.12000/JR18070
基金项目: 国家部委基金
详细信息
    作者简介:

    周子铂(1994–),男,江西九江人。2016年在西安电子科技大学获得学士学位,现在国防科技大学自动目标识别重点实验室攻读硕士研究生,主要研究方向为空间信息获取与处理技术。E-mail: zibo_travel@163.com

    蒋李兵(1982–),男,江苏启东人。2014年在国防科技大学获得博士学位,现任国防科技大学电子科学学院自动目标识别重点实验室讲师,主要研究方向为电磁散射建模、微波成像和雷达图像解译。E-mail: jianglibing@nudt.edu.cn

    王 壮(1973–),男,陕西西安人。2001年在国防科技大学获得博士学位,现任国防科技大学自动目标识别重点实验室教授,博士生导师,主要研究方向为雷达信息处理、空间目标监视、目标识别。E-mail: wangzhuang@nudt.edu.cn

    通讯作者:

    王壮   wangzhuang@nudt.edu.cn

  • 中图分类号: TN95

Image Registration Based on Wave Path Difference Compensation for InISAR

Funds: The National Ministries Foundation
  • 摘要: 逆合成孔径雷达(ISAR)图像配准是干涉逆合成孔径雷达(InISAR)成像领域一个关键的课题,可以实现同一散射点在不同ISAR图像中的对齐,以便于后续的ISAR图像干涉处理。该文分析了ISAR图像失配准的原因,即散射点到不同天线之间的波程差,并据此提出一种基于波程差补偿的方法来实现不同天线ISAR图像之间的精确配准。首先通过调频傅里叶变换估计目标相对于雷达的转速;进一步根据波程差与目标转动角速度的关系构建补偿相位消除散射点到不同天线间的波程差,并通过2维傅里叶变换获得配准之后的ISAR图像。最后利用干涉处理获得目标真实的3维结构。该文方法可以在回波域通过波程差补偿实现ISAR图像配准,配准之后的各散射点在图像中的位置相同;而经过相关法配准之后的ISAR图像中的各散射点之间有一个像素单元的错位,即该方法的配准效果更精确。此外,基于相关法的图像配准方法耗时达到万秒级,而基于该方法的ISAR图像配准时间仅为秒级,即该方法计算效率更高。最终的InISAR 3维成像结果中,该方法的散射点坐标重构误差为0.3034,而基于相关法的成像结果的误差(45.8529)远大于此。因此,基于所提出方法的InISAR 3维成像结果精度更高。

     

  • 图  1  L型三天线构型

    Figure  1.  Configuration of L-shape three-antenna InISAR imaging system

    图  2  目标平面运动模型

    Figure  2.  Projection of motion model in XOY plane

    图  3  ISAR成像平面转台模型

    Figure  3.  Turntable model of ISAR imaging

    图  4  强散射距离单元块的选择方法

    Figure  4.  The selection of strong scattering range cell block

    图  5  InISAR 3维成像的算法流程

    Figure  5.  Flowchart of the rotational angular velocity estimation algorithm

    图  6  旋转角速度估计结果

    Figure  6.  Estimation results of the Doppler chirp rate

    图  7  角速度w估计的鲁棒性

    Figure  7.  Estimation of w for different SNR

    图  8  经过配准之后的1维距离像

    Figure  8.  Range profiles without mismatch

    图  9  第50次脉冲的1维距离像比较

    Figure  9.  The comparison of range profiles of the 50th pulse

    图  10  未经配准的目标ISAR图像

    Figure  10.  ISAR images without image registration

    图  11  经过配准之后的目标ISAR图像

    Figure  11.  ISAR images after image registration based on the proposed method

    图  12  基于波程差补偿配准方法得到的干涉3维成像结果

    Figure  12.  InISAR imaging result through the proposed method

    图  13  图像配准过程中相关系数分布

    Figure  13.  Distribution of correlation coefficients during registration

    图  14  相关法配准之后的ISAR图像

    Figure  14.  ISAR image after registration based on correlation coefficient

    图  15  基于相关法图像配准最终3维成像结果

    Figure  15.  InISAR imaging result through the method based on correlation efficient

    图  16  天宫一号光学图像

    Figure  16.  Picture of TianGong

    图  17  天宫一号仿真模型

    Figure  17.  Scatter point model of TianGong

    图  18  天宫一号模型InISAR成像结果

    Figure  18.  The imaging result of TianGong model

    表  1  雷达和目标的参数

    Table  1.   Parameters of experiment

    雷达参数 数值 目标参数 数值
    信号载频fc 10 GHz 散射点数 8
    信号带宽BW 1 GHz 目标高度 100 km
    距离分辨率 0.15 m 转动角速度 0.0112 rad/s
    脉冲时宽Tp 0.1 ms 最大尺寸 5.7 m
    脉冲重复频率PRF 100 Hz
    脉冲数量 500
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    表  2  基于波程差补偿方法配准的ISAR图像中各散射点位置

    Table  2.   Locations of scatterers after image registration based on the proposed method

    散射点标号 天线A 天线B 天线C
    1 (247,218) (247,218) (247,218)
    2 (279,229) (279,229) (279,229)
    3 (229,243) (229,243) (229,243)
    4 (260,248) (260,248) (260,248)
    5 (253,267) (253,267) (253,267)
    6 (242,269) (242,269) (242,269)
    7 (256,286) (256,286) (256,286)
    8 (244,295) (244,295) (244,295)
    下载: 导出CSV

    表  3  相关法配准之后ISAR图像中各散射点位置

    Table  3.   Locations of scatterers after image registration based on correlation method

    散射点标号 A图像 B图像 C图像
    1 (247,218) (246,218) (247,218)
    2 (279,229) (278,229) (278,230)
    3 (229,243) (229,243) (229,243)
    4 (260,248) (260,247) (260,248)
    5 (253,267) (252,266) (253,267)
    6 (242,269) (242,269) (241,270)
    7 (256,286) (256,286) (256,286)
    8 (244,295) (243,295) (244,295)
    下载: 导出CSV
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-09-03
  • 修回日期:  2018-11-06
  • 网络出版日期:  2018-12-28

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