本發(fā)明涉及雷達(dá)信號處理，特別是涉及一種太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法、裝置和設(shè)備。

背景技術(shù)：

1、目前基于二維isar圖像序列進(jìn)行三維成像的算法主要可分為兩大類，即以因式分解及其改進(jìn)算法為核心的三維成像算法，以及以能量投影為核心思想的三維成像算法，兩類三維成像算法各有利弊。前者主要通過二維isar圖像序列中跟蹤匹配到的多特征點坐標(biāo)構(gòu)成目標(biāo)的觀測矩陣，然后利用因式分解的方法解算出目標(biāo)的三維運動矩陣與三維點坐標(biāo)信息，重構(gòu)得到的三維點坐標(biāo)即為最終的三維成像結(jié)果，其優(yōu)勢是不需要已知雷達(dá)與目標(biāo)的相對視線角度信息，但是其算法的難點在于特征點的準(zhǔn)確跟蹤與匹配，且容易在因式分解過程中產(chǎn)生矩陣非正定的問題；后者是在已知雷達(dá)與目標(biāo)相對視線角的前提下，將各二維圖像序列含目標(biāo)的成像區(qū)域，作為若干三維點從三維空間投影至二維平面的能量區(qū)域，能量投影大于設(shè)定閾值的三維點便認(rèn)為是目標(biāo)真實存在的位置，這些三維點構(gòu)成目標(biāo)的三維成像結(jié)果，其優(yōu)點是成像原理相對簡單，但是需要已知雷達(dá)與目標(biāo)的相對視線角。

2、當(dāng)二維圖像序列之間轉(zhuǎn)動角度較大、目標(biāo)姿態(tài)變化較大和存在遮擋問題時，基于因式分解法的三維成像算法會失效。相比于基于因式分解法的三維成像，基于能量投影的三維成像算法具有較好地處理圖像中的遮擋問題并獲得較精細(xì)的三維成像結(jié)果等優(yōu)勢。然而，現(xiàn)有的基于能量投影的三維成像算法需要以能量投影最大函數(shù)為準(zhǔn)則，搜索三維空間中符合能量最大準(zhǔn)則的散射點，基本均采用pso及其改進(jìn)算法等，優(yōu)化能量函數(shù)通常涉及大量的迭代過程，導(dǎo)致能量投影法的計算成本非常高，且三維成像結(jié)果往往呈現(xiàn)較稀疏的特征。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、基于此，有必要針對上述技術(shù)問題，提供一種能夠提高搜索速度，成像結(jié)果更加真實的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法、裝置和設(shè)備。

2、一種太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，所述方法包括：

3、獲取二維isar圖像序列；基于所述二維isar圖像序列，構(gòu)建三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系；

4、隨機(jī)選取空間目標(biāo)的初始候選點，以所述初始候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第一次拓展，生成若干第一候選點；

5、基于三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系，采用最大能量投影準(zhǔn)則計算各第一候選點的投影能量，篩選出投影能量最大的第二候選點，并將所述第二候選點保留為空間目標(biāo)的真實三維點；

6、以所述第二候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第二次拓展，直至達(dá)到終止條件，得到最終的空間目標(biāo)三維成像結(jié)果。

7、一種太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像裝置，所述裝置包括：

8、投影關(guān)系構(gòu)建模塊，用于獲取二維isar圖像序列；基于所述二維isar圖像序列，構(gòu)建三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系；

9、第一候選點生成模塊，用于隨機(jī)選取空間目標(biāo)的初始候選點，以所述初始候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第一次拓展，生成若干第一候選點；

10、第二候選點篩選模塊，用于基于三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系，采用最大能量投影準(zhǔn)則計算各第一候選點的投影能量，篩選出投影能量最大的第二候選點，并將所述第二候選點保留為空間目標(biāo)的真實三維點；

11、迭代成像模塊，用于以所述第二候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第二次拓展，直至達(dá)到終止條件，得到最終的空間目標(biāo)三維成像結(jié)果。

12、一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)所述太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法的步驟。

13、上述太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法、裝置和設(shè)備，通過獲取二維isar圖像序列；基于二維isar圖像序列，構(gòu)建三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系；隨機(jī)選取空間目標(biāo)的初始候選點，以初始候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第一次拓展，生成若干第一候選點；基于三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系，采用最大能量投影準(zhǔn)則計算各第一候選點的投影能量，篩選出投影能量最大的第二候選點，并將第二候選點保留為空間目標(biāo)的真實三維點；以第二候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第二次拓展，直至達(dá)到終止條件，得到最終的空間目標(biāo)三維成像結(jié)果。

14、本發(fā)明以每個候選點為起點，采用從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行拓展，生成的新的候選點數(shù)量呈指數(shù)級增加，能夠加快真實散射點的搜索，大大提高了搜索速度。另外，從內(nèi)向外發(fā)散的拓展方式結(jié)合最大能量投影準(zhǔn)則篩選能量最大的第二候選點作為真實三維點，并以第二候選點作為起點進(jìn)行新的拓展，在減少計算冗余量的同時，其獲得真實目標(biāo)的概率更大，更能反映真實目標(biāo)的體特征，且三維成像結(jié)果中的散射點更加密集，更能反映真實空間目標(biāo)的結(jié)構(gòu)體特征，具有簡單高效等特點。

技術(shù)特征：

1.一種太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，獲取二維isar圖像序列，包括：

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，所述回波信號的表達(dá)式為：

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，采用太赫茲頻段高分辨isar成像算法獲得二維isar圖像序列，過程表達(dá)式為：

5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一項所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，基于所述二維isar圖像序列，構(gòu)建三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系，空間目標(biāo)某散射點的距離向投影向量和方位向投影向量表達(dá)式為：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，基于所述二維isar圖像序列，構(gòu)建三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系之后，還包括：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，以所述初始候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第一次拓展，生成若干第一候選點，包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，所述第一候選點的坐標(biāo)表達(dá)式為：

9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，在進(jìn)行拓展時，通過步長因子調(diào)整每次拓展的補(bǔ)償。

10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，所述步長因子為隨機(jī)數(shù)與候選點的拓展步長的乘積。

11.根據(jù)權(quán)利要求7所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，以三維坐標(biāo)系原點作為初始候選點坐標(biāo)。

12.根據(jù)權(quán)利要求7至11任一項所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，采用最大能量投影準(zhǔn)則計算各第一候選點的投影能量，表達(dá)式為：

13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，將所述第二候選點保留為空間目標(biāo)的真實三維點之后，還包括：

14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，在第二次拓展以及后續(xù)拓展過程中，隨機(jī)加入部分真實三維點作為候選點參與計算。

15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法，其特征在于，終止條件包括：

16.一種太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像裝置，其特征在于，所述裝置包括：

17.一種計算機(jī)設(shè)備，包括存儲器和處理器，所述存儲器存儲有計算機(jī)程序，其特征在于，所述處理器執(zhí)行所述計算機(jī)程序時實現(xiàn)權(quán)利要求1至15中任一項所述太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法的步驟。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明涉及一種太赫茲頻段空間目標(biāo)三維快速成像方法、裝置和設(shè)備。方法包括：獲取二維ISAR圖像序列；基于二維ISAR圖像序列，構(gòu)建三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系；隨機(jī)選取空間目標(biāo)的初始候選點，以初始候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第一次拓展，生成若干第一候選點；基于三維空間到二維成像平面的投影關(guān)系，采用最大能量投影準(zhǔn)則計算各第一候選點的投影能量，篩選出投影能量最大的第二候選點，并將第二候選點保留為空間目標(biāo)的真實三維點；以第二候選點為起點，按照從內(nèi)向外發(fā)散的方式進(jìn)行第二次拓展，直至達(dá)到終止條件，得到最終的空間目標(biāo)三維成像結(jié)果。本發(fā)明可以快速實現(xiàn)三維成像，且更能反映真實目標(biāo)的體特征。

技術(shù)研發(fā)人員：楊琪,湯斌,王宏強(qiáng),劉威,李雙勛,易俊
受保護(hù)的技術(shù)使用者：中國人民解放軍國防科技大學(xué)
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15