一种结合RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像方法技术

本发明专利技术提供一种结合RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像方法，结合距离徙动RM算法与卷积-反投影BP算法设计了一种新的柱面场三维RCS成像算法，在测试过程中即对转台每个角度测试数据运用RM算法进行实时成像，获取二维距离方位向成像。测试结束后利用BP算法对二维距离方位向成像进行处理即可快速获取最终三维成像。此算法利用了测试过程中的时间，并且避免了传统算法中每一点的多重积分，提高了成像速度，而且利用方法可在测试过程中实时监控纵向二维距离方位向成像结果，可在一定程度上避免无效的测试过程，提高测试有效性。

【技术实现步骤摘要】
一种结合RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像方法
本专利技术属于RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像
，尤其涉及的是一种结合RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像方法。
技术介绍
三维RCS成像利用2个方向不同位置的测量加上扫频获取的雷达回波计算目标雷达散射三维像。与二维成像相比，三维高分辨率微波成像可以滤除支架影响，能更好的反映目标电磁散射特性。如何从回波数据得到目标强散射点三维分布是成像的核心问题。不同成像算法需要的测试要求不同，成像速度不同，得到的成像效果也不同。高分辨率三维成像对散射测量意义重大，属于核心技术。三维RCS成像根据采样方式可分为转台球面场成像，扫描架平面近场三维成像，柱面三维成像。扫描架平面近场三维成像利用平面波展开法，为比较成熟的成像算法。球面场成像通过二维转台转动测量目标数据。柱面场三维成像一般运用扫描架一维运动与转台转动获取所需数据。其数据采集系统如图1所示。现有方法中最接近的成像方法如下：1)对转台每个角度采集不同高度扫频数据E(f,θ,z')。2)根据公式(1)对3维扫频数据进行多重积分处理，求解得到目标区柱坐标系三维成像结果数据处理过程推导如下：将相位因子ej2kd根据平面波谱理论展开，根据在得到kd=ej2[krR2+ρ2+2Rρcos(φ-θ)+kz(z′+H-z)]]]>带入公式(1)，得到：由于变量z'，频率f，角度θ无关，故公式(2)可表示为：将内部转化为卷积形式，得到：至此，目标反射率分布进行了三维分解，可根据公式(4)进行多重积分计算得到目标反射率分布。上述过程符号说明：目标反射率柱坐标系下分布，z'扫描架移动高度，f频率，θ转台转动角度，H扫描架与成像区中心高度差，E(f,θ,z')扫频数据，k波数。现有的柱面场成像算法中，需要进行转台大角度扫描，在耗时巨大的测试过程结束后，对成像区域每一点多次进行复杂耗时的多重积分进行成像。测试及成像过程均耗时巨大，且在测试中无法实时得知测试数据成像效果如何，是否发生错误。因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种结合RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像方法。本专利技术的技术方案如下：一种结合RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像方法，其中，包括以下步骤：步骤1：将某角度采样数据S(z,k,θ)在z方向进行一维傅里叶变换将回波数据变换到kz域，公式一：ψ(kz,k,θ)＝∫S(z,k,θ)exp(-jkzz)dz；其中，设采样点为(z，θ)；工作频率f对应波数k时的目标散射测量数据表示为S(z,k,θ)；kz表示波矢量k竖直方向分量；k表示波矢量k大小(波数)；θ表示转台角度；z表示竖直方向；j为复数虚部单位；dz表示z方向积分单元；步骤2：进行空间滤波处理将波矢量移至成像位置，L表示微波信号线长度，在仿真数据成像中L为零，实际测量中L可根据矢网一维像中天线耦合处距离得到，公式二：式中，j为复数虚部单位；r0表示天线距离成像目标中心距离；L表示微波信号线长度；步骤3：对k坐标系进行间隔插值处理，k表示波数，kl表示k水平方向分量，kz表示k竖直方向分量；根据由ψ'(kz,k,θ)利用sinc差值方法得到ψ'(kz,kl,θ)；步骤4：通过kl频移对ψ'(kz,kl,θ)进行相位补偿；将其从kmin～kmax频移到0～B，其中，B＝kmax-kmin，为扫频带宽，kl取值范围与k相同，频移大小为kmin，kmin为波数k最小值，kmax为波数k最大值；频移后，水平方向相位得到修正，对数据进行二维逆傅里叶变换得到不同角度纵向二维断面图像，公式三：k从频,域转)化为空间域，对G(kz,kr,θ)进行二维逆傅里叶变换，得到各个扫描角度下相位正确的纵向二维断面图，此数据为复数数据，取模转化为分贝数据即可得到幅度数据，公式四：其中自变量l表示水平方向距离；二维纵向断面成像完成后，根据已经得到相位正确的各个角度下空间域图像，根据二维B-P算法，利用投影线对Pθ(z,l)进行插值积分，按高度进行分层成像得到三维成像结果；步骤5：水平面是极坐标系时，直角坐标系时域空间与极坐标系频域空间之间转换关系为dxdy＝kdkdθ，其中dx表示直角坐标系x方向积分单元；dy表示直角坐标系y方向积分单元；k表示频域空间极坐标系距离轴；dk表示频域空间极坐标系距离方向积分单元；dθ表示频域空间极坐标系角度方向积分单元。公式四在积分前增加权重；步骤6：二维快速傅里叶逆变换，获取某角度下纵向二维距离方位向成像，公式五：其中kl为频移后波矢量k水平方向分量大小，取值范围0～本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种结合RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将某角度采样数据S(z,k,θ)在z方向进行一维傅里叶变换将回波数据变换到kz域，公式一：ψ(kz,k,θ)＝∫S(z,k,θ)exp(‑jkzz)dz；其中，设采样点为(z，θ)；工作频率f对应波数k时的目标散射测量数据表示为S(z,k,θ)；kz表示波矢量k竖直方向分量；k表示波矢量k大小(波数)；θ表示转台角度；z表示竖直方向；j为复数虚部单位；dz表示z方向积分单元；步骤2：进行空间滤波处理将波矢量移至成像位置，L表示微波信号线长度，在仿真数据成像中L为零，实际测量中L可根据矢网一维像中天线耦合处距离得到，公式二：ψ′(kzk,θ)=ψ(kz,k,θ)exp(jk2-kz2r0)exp(jLk),]]>式中，j为复数虚部单位；r0表示天线距离成像目标中心距离；L表示微波信号线长度；步骤3：对k坐标系进行间隔插值处理，k表示波数，kl表示k水平方向分量，kz表示k竖直方向分量；根据由ψ'(kz,k,θ)利用sinc差值方法得到ψ'(kz,kl,θ)；步骤4：通过kl频移对ψ'(kz,kl,θ)进行相位补偿；将其从kmin～kmax频移到0～B，其中，B＝kmax‑kmin，为扫频带宽，kl取值范围与k相同，频移大小为kmin，kmin为波数k最小值，kmax为波数k最大值；频移后，水平方向相位得到修正，对数据进行二维逆傅里叶变换得到不同角度纵向二维断面图像，公式三：G(kz,kl,θ)＝ψ′(kz,kl+kmin,θ)；从频域转化为空间域，对G(kz,kr,θ)进行二维逆傅里叶变换，得到各个扫描角度下相位正确的纵向二维断面图，此数据为复数数据，取模转化为分贝数据即可得到幅度数据，公式四：Pθ(z,l)=∫-z0/2z0/2∫0BG(kz,kl,θ)exp(j2πkll)exp(jkzz)dkldkz;]]>其中自变量l表示水平方向距离；二维纵向断面成像完成后，根据已经得到相位正确的各个角度下空间域图像，根据二维B‑P算法，利用投影线对Pθ(z,l)进行插值积分，按高度进行分层成像得到三维成像结果；步骤5：水平面是极坐标系时，直角坐标系时域空间与极坐标系频域空间之间转换关系为dxdy＝kdkdθ，其中dx表示直角坐标系x方向积分单元；dy表示直角坐标系y方向积分单元；k表示频域空间极坐标系距离轴；dk表示频域空间极坐标系距离方向积分单元；dθ表示频域空间极坐标系角度方向积分单元。公式四在积分前增加权重；步骤6：二维快速傅里叶逆变换，获取某角度下纵向二维距离方位向成像，公式五：P(z,l,θ)=∫-z0/2z0/2∫0BG(kz,kl,θ)exp(j2πkll)exp(jkzz)(kl+kmin)dkldkz;]]>其中kl为频移后波矢量k水平方向分量大小，取值范围0～B。步骤7：每一角度不同高度测试完成后，在采集下一角度测试过程中重复步骤1‑步骤6得到二维距离方位向成像，直至测试完成，测试完成后根据投影线进行一维线性插值并积分得到目标区域三维RCS成像结果(，公)式六：g^(x,y,z)=∫θmaxθmaxP(z,l,θ)exp(j2πkminl)dθ;]]>公式六中选择投影线精确的公式为l=R02+x2+y2-2R0(ycosθ-xsinθ)-R0,]]>最后一步积分前需要通过一维线性插值求得Pθ(z,l)具体投影线l距离下对应值。...

【技术特征摘要】
1.一种结合RM算法与BP算法的柱面近场三维RCS成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1：将某角度采样数据S(z,k,θ)在z方向进行一维傅里叶变换将回波数据变换到kz域，公式一：ψ(kz,k,θ)＝∫S(z,k,θ)exp(-jkzz)dz；其中，设采样点为(z，θ)；工作频率f对应波数k时的目标散射测量数据表示为S(z,k,θ)；kz表示波矢量竖直方向分量；k表示波矢量大小，即波数；θ表示转台角度；z表示竖直方向；j为复数虚部单位；dz表示z方向积分单元；步骤2：进行空间滤波处理将波矢量移至成像位置，L表示微波信号线长度，在仿真数据成像中L为零，实际测量中L可根据矢网一维像中天线耦合处距离得到，公式二：式中，j为复数虚部单位；r0表示天线距离成像目标中心距离；L表示微波信号线长度；步骤3：对k坐标系进行间隔插值处理，k表示波数，kl表示波矢量水平方向分量，kz表示波矢量竖直方向分量；根据由ψ'(kz,k,θ)利用sinc差值方法得到ψ'(kz,kl,θ)；步骤4：通过kl频移对ψ'(kz,kl,θ)进行相位补偿；将其从kmin～kmax频移到0～B，其中，B＝kmax-kmin，为扫频带宽，kl取值范围与k相同，频移大小为kmin，kmin为波数k最小值，kmax为波数k最大值；频移后，水平方向相位得到修正，对数据进行二维逆傅里叶变换得到不同角度纵向二维断面图像，公式三：G(kz,kl,θ)＝ψ′(kz,kl+kmin,θ)；从频域转化为空间域，对G(kz,kl,θ)进行二维逆傅里叶变换，得到各个扫描角度下相位正确的纵向二维断面图，此数据为复数数据，取模转化为分贝数据即可得到幅度数据，公式四：

【专利技术属性】
技术研发人员：颜振，刘伟，杜刘革，胡大海，周扬，王亚海，年夫顺，常庆功，张文涛，赵锐，
申请(专利权)人：中国电子科技集团公司第四十一研究所，
类型：发明
国别省市：山东;37