专利汇可以提供最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种最大 对比度 的空变 相位 自聚焦ISAR成像方法,其主要思路为:获取ISAR回 波数 据,对ISAR回波数据的方位向对应回波数据和距离向对应回波数据分别进行划分,得到M个方位单元和N个距离单元;确定慢时间总个数,进而得到ISAR回波数据的最终聚焦图像;计算ISAR回波数据的最终聚焦 图像对比度 ,并将ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度作为代价函数,分别计算第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值、第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值和第k个常数项二次相位误差系数估计值,计算第m个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像;进而得到最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像。,下面是最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法专利的具体信息内容。
1.一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法,其特征在于,包括以下步骤:
步骤1,获取ISAR回波数据,所述ISAR回波数据为方位向-距离向二维矩阵,对ISAR回波数据的方位向对应回波数据进行划分,得到M个方位单元;对ISAR回波数据的距离向对应回波数据进行划分,得到N个距离单元;确定慢时间总个数为M',进而得到ISAR回波数据的相位误差模型;M、M'、N分别为大于0的偶数;
步骤2,根据ISAR回波数据的相位误差模型,得到ISAR回波数据的最终聚焦图像;
步骤3,计算ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度,并将ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度作为代价函数,通过使得代价函数最大化获得最优的参数集,将所述最优的参数集记为 表示第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值,表示第m个
方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值,表示第k个常数项二次相位误差系数估计值,n∈[-N/2 (-N/2)+1 … N/2-1]T,
m∈[-M/2 (-M/2)+1 … M/2-1]T,k∈[-M'/2 (-M'/2)+1 … M'/2-1]T,上标T表示转置操作,M表示方位单元总个数,N表示距离单元总个数,M'表示慢时间总个数,M、M'、N分别为偶数;
步骤4,根据所述代价函数,分别计算得到ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数作为未知量的梯度、ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数作为未知量的梯度和ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第k个常数项二次相位误差系数作为未知量的梯度;
步骤5,分别计算得到第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值、第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值和第k个常数项二次相位误差系数估计值,进而计算得到第m个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像;
n∈[-N/2 (-N/2)+1 … N/2-1]T,m∈[-M/2 (-M/2)+1 … M/2-1]T,进而得到最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像。
2.如权利要求1所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法,其特征在于,在步骤1中,所述ISAR回波数据的相位误差模型,其得到过程为:
1.1 设定第n个距离单元、第k个慢时间处含有相位误差的回波数据为 所述含有相位误差为含有常数项二次相位误差ck2和第n个距离单元的距离空变二次相位误差ank2;
进而计算得到第n个距离单元、第k个慢时间处不含相位误差的回波数据为un(k),其表达式为:
其中,φ(k,m,n)表示第n个距离单元、第m个方位单元、第k个慢时间处需要补偿的空变相位误差,e为指数函数操作,j表示虚数单位,
n∈[-N/2 (-N/2)+1 … N/2-1]T,m∈[-M/2 (-M/2)+1 … M/2-1]T,k∈[-M'/2 (-M'/
2)+1 … M'/2-1]T,上标T表示转置操作,M表示方位单元总个数,N表示距离单元总个数,M'表示慢时间总个数,且M、M'、N分别为大于0的偶数;
1.2 将第n个距离单元、第m个方位单元、第k个慢时间处需要补偿的空变相位误差φ(k,m,n)表示为第n个距离单元、第m个方位单元、第k个慢时间处的相位误差模型φ'(k,m,n),其表达式为:
φ'(k,m,n)=(an+bm+c)k2
其中,a表示第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数,b表示第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数,c表示第k个常数项二次相位误差系数;
1.3 令n不变,分别令m取-M/2至M/2-1,同时令k取-M'/2至M'/2-1,重复执行1.2,进而分别得到第n个距离单元、第-M/2个方位单元、第-M'/2个慢时间处的相位误差模型φ'(-M'/2,-M/2,n)至第n个距离单元、第M/2-1个方位单元、第M'/2-1个慢时间处的相位误差模型φ'(M'/2-1,M/2-1,n),记为第n个距离单元的相位误差模型φ'(n);M与M'取值相等且一一对应,m与k取值相等且一一对应;
1.4 令n分别取-N/2至N/2,重复执行1.3,进而分别得到第-N/2个距离单元的相位误差模型φ'(-N/2)至第N/2个距离单元的相位误差模型φ'(N/2),记为ISAR回波数据的相位误差模型。
3.如权利要求2所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法,其特征在于,在步骤2中,所述ISAR回波数据的最终聚焦图像,其得到过程为:
2.1 将理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的像素点记为fn(m),其表达式为:
其中,un(k)表示第n个距离单元、第k个慢时间处不含相位误差的回波数据,e为指数函数操作,j表示虚数单位,n∈[-N/2 (-N/2)+1 … N/2-1]T,m∈[-M/2 (-M/2)+1 … M/2-1]T,k∈[-M'/2 (-M'/2)+1 … M'/2-1]T,上标T表示转置操作,M表示方位单元总个数,N表示距离单元总个数,M'表示慢时间总个数,且M、M'、N分别为大于0的偶数;
2.2 设定 为 补偿过第k个常数项二次相位误差ck2和第n个距离单元的距离
空变二次相位误差ank2后的回波数据,其表达式为:
其中, 表示第n个距离单元、第k个慢时间处含有相位误差的回波数据,所述含有相位误差为含有常数项二次相位误差ck2和第n个距离单元的距离空变二次相位误差ank2;c表示第k个常数项二次相位误差系数,a表示第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数,n∈[-N/2 (-N/2)+1 … N/2-1]T,k∈[-M'/2 (-M'/2)+1 … M'/2-1]T,上标T表示转置操作,N表示距离单元总个数,M'表示慢时间总个数,且M'、N分别为偶数;
进而计算得到补偿过第k个常数项二次相位误差ck2和第n个距离单元的距离空变二次相位误差ank2后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的像素点f'n(m),其表达式为:
2.3 将补偿过第m个方位单元的方位空变二次相位误差bmk2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的最终聚焦像素点记为 其计算表达式为:
2.4 令n不变,分别令m取-M/2至M/2-1,重复执行2.3,进而分别得到补偿过第-M/2个方位单元方位空变二次相位误差b(-M/2)k2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第-M/2个方位单元处的最终聚焦像素点 至补
偿过第M/2个方位空变二次相位误差b(M/2)k2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第M/2个方位单元处的最终聚焦像素点 记为分别补偿过M个方位空变二次相位误差和M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元处的最终聚焦图像
2.5 令n分别取-N/2至N/2,重复执行2.4,进而得到分别补偿过M个方位空变二次相位误差和M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第-N/2个距离单元处的最终聚焦图像 至分别补偿过M个方位空变二次相位误差和M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第N/2个距离单元处的最终聚焦图像 记为ISAR回波数据的最终聚焦图像。
4.如权利要求3所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法,其特征在于,在步骤3中,将所述ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度记为C,其表达式为:
μn表示第n个距
离单元的均值,σn表示第n个距离单元的标准差, 表示补偿过第m个方位单元的方位空变二次相位误差bmk2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的最终聚焦像素点,
n∈[-N/2 (-N/2)+1 … N/2-1]T,m∈[-M/2 (-M/2)+1 … M/2-1]T,k∈[-M'/2 (-M'/
2)+1 ... M'/2-1]T,上标T表示转置操作,M表示方位单元总个数,N表示距离单元总个数,M'表示慢时间总个数,M'与M取值相等且一一对应,且M、M'、N分别为大于0的偶数;
将所述参数集记为 argmax表示最大化操作。
5.如权利要求4所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法,其特征在于,在步骤4中,分别将所述ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数作为未知量的梯度记作 将所述ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数作为未知量的梯度记作 将所述ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第k个常数项二次相位误差系数作为未知量的梯度记作 其表达式分别为:
其中, 表示第n个距离单元、第k个慢时间处含有相位误差的回波数据,Re表示取实部操作,上标*表示取共轭操作,μn表示第n个距离单元的均值,σn表示第n个距离单元的标准差, 表示补偿过第m个方位单元的方位空变二次相位误差bmk2、补偿过M'个常数项二次相位误差后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的最终聚焦像素点,n∈[-N/2 (-N/2)+1 … N/2-1]T,m∈[-M/2 (-M/2)+1 … M/2-1]T,k∈[-M'/2 (-M'/2)+1 … M'/2-1]T,上标T表示转置操作,M表示方位单元总个数,N表示距离单元总个数,M'表示慢时间总个数。
6.如权利要求5所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法,其特征在于,步骤5的子步骤为:
5.1 计算得到搜索步长;
5.2 根据所述搜索步长,分别计算得到第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值 第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值 和第k个常数项二次相位误差系数估计值,进而计算得到第m个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像Smn;
5.3 令m分别取-M/2至M/2,重复5.2,进而分别得到第-M/2个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像S(-M/2)n至第M/2个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像S(M/2)n,记为M个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像Sn;
5.4 令n分别取-N/2至N/2,重复5.3,进而分别得到M个方位单元、第-N/2个距离单元处的聚焦图像S-N/2至M个方位单元、第N/2个距离单元处的聚焦图像SN/2,记为M个方位单元、N个距离单元处的聚焦图像S,所述M个方位单元、N个距离单元处的聚焦图像S为最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像。
7.如权利要求6所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法,其特征在于,所述搜索步长,其得到过程为:
Step1:初始化:令u表示第u次迭代,u的初始值为0;定义B为Hessian矩阵,Hessian矩阵B为ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度C分别对每个变量的二阶导数;将Hessian矩阵初始值记为Β[0],并计算得到Hessian矩阵初始值Β[0],Β[0]={Ba[0],Bb[0],Bc[0]},Ba[0]表示以第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数a为变量的最终Hessian矩阵初始值,Bb[0]表示以第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数b为变量的最终Hessian矩阵初始值,Bc[0]表示以第k个常数项二次相位误差系数c为变量的最终Hessian矩阵初始值;
其中,将以第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数a为变量的Hessian矩阵初始值记为
分别将 各自的表达式代入 的表达式中,
得到以第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数a为变量的最终Hessian矩阵初始值Ba[0];
将以第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数b为变量的Hessian矩阵初始值记为分别将 各自的表达式代入 的表达式中,
得到以第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数b为变量的最终Hessian矩阵初始值Bb[0];
将以第k个常数项二次相位误差系数c为变量的Hessian矩阵初始值记为
分别将 各自的表达式代入 的表达式中,
得到以第k个常数项二次相位误差系数c为变量的最终Hessian矩阵初始值Bc[0];
将第u次迭代后的搜索步长记为α[u],计算得到第u次迭代后 对应的代价函数A[u],表示ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度将第n个距离单元的距离空
变二次相位误差系数a作为未知量的梯度;
Step2:计算得到第u次迭代后ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度C关于第j个变量的梯度
其中,j=1,2,3,j=1对应第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数a,j=2对应第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数b,j=3对应第k个常数项二次相位误差系数c;
Step3:分别确定第u次迭代后的搜索步长α[u],确定第u次迭代后的迭代的搜索步长为α[u],将第0次迭代后的搜索步长记为α[0],α[0]=K,K为设定的常数,K>0;
Step4:判定下述不等式是否成立:
其中,C表示ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度, 表示 对应的ISAR回波数
据的最终聚焦图像对比度, 表示第u次迭代后的第i个变量,i=1,2,3,i=1对应第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数a,i=2对应第m个方位单元的方位空变二次相位误差[u]
系数b,i=3对应第k个常数项二次相位误差系数c,B 表示第u次迭代后的Hessian矩阵;
Step5:将第u次迭代后的搜索步长α[u]、第u次迭代后的Hessian矩阵B[u]、第u次迭代后ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度C关于第j个变量的梯度 第u次迭代后的第i个变量 和 对应的ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度 代入不等式,判定不等式是否成立;如果不等式成立,则将第u次迭代后的搜索步长α[u]作为搜索步长α;反之,令u加1,执行Step6;
Step6分别计算得到第u次迭代后的搜索步长α[u]和第u次迭代后的Hessian矩阵B[u],其中,u表示第u次迭代, 表示第u次迭代后的第i
个变量, 表示第u-1次迭代后的第i个变量, 表示第u次迭代后ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度C关于第j个变量的梯度, 表示第u-1次迭代后ISAR回波数据的最终聚焦图像对比度C关于第j个变量的梯度,B[u]表示第u次迭代后的Hessian矩阵,B[u-1]表示第u-
1次迭代后的Hessian矩阵;
然后根据第u次迭代后的搜索步长α[u]和第u次迭代后的Hessian矩阵B[u]返回Step5;
直到不等式成立时迭代停止,并将迭代停止时对应的第u次迭代后的搜索步长α[u],记为搜索步长α。
8.如权利要求5所述的一种最大对比度的空变相位自聚焦ISAR成像方法,其特征在于,所述第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值 第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值 和第k个常数项二次相位误差系数估计值 其计算表达式分别为:
其中, 表示第k个常数项二次相位误差为0、第n个距离单元的距离空变二次相位误差为0时后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的像素点,max为求最大值操作;
根据第n个距离单元的距离空变二次相位误差系数估计值 和第k个常数项二次相位误差系数估计值 计算得到 补偿过第k个常数项二次相位误差和第n个距离单元的距离空变二次相位误差后的最终回波数据 其表达式为:
然后再根据第m个方位单元的方位空变二次相位误差系数估计值 计算得到第m个方位单元的方位空变二次相位误差、M'个常数项二次相位误差分别补偿后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的最终聚焦像素点 其计算表达式为:
将所述第m个方位单元的方位空变二次相位误差、M'个常数项二次相位误差分别补偿后理想情况下ISAR回波数据在第n个距离单元、第m个方位单元处的最终聚焦像素点记为第m个方位单元、第n个距离单元处的聚焦图像Smn。
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