一种基于广义Hough变换三维散射中心提取方法

摘要

本发明提供一种基于广义Hough变换三维散射中心提取方法，所述方法包括：对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片；对每个二维散射中心高度切片进行二值分析和广义Hough变换，得到散射中心的二维位置和滑动半径；利用散射中心的二维位置和滑动半径得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，得到的直线方程为第一直线方程；将第一雷达散射截面积数据替换为第二雷达散射截面积数据，重复上述步骤得到的直线方程为第二直线方程；利用第一方程和第二方程，得到散射中心三维位置与滑动半径。能够有效对滑动型二维和三维散射中心进行提取，原理简单、直观，实现方便。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达目标特性技术领域，特别是指一种基于广义Hough变换三维散射中心提取方法。

背景技术

近年来，电磁散射理论和实验表明，光学区雷达目标的电磁散射表现为目标某些局部位置上电磁散射的合成，这些局部性的散射源通常称为散射中心。一维散射中心反映了雷达目标在雷达视线方向上的投影分布，携带的信息不能够充分的刻画目标的散射结构，而二维和三维散射中心能够更加准确地反映目标的几何结构特征，因此研究目标的二维和三维散射中心就具有重要的意义。当雷达视线方向发生变化时，二维或三维散射中心的位置固定不动时，称为固定型散射中心；相反如果散射中心位置随雷达视线变化与变化时，称为滑动型散射中心。由于散射中心的概念的简单性与稀疏性，利用散射中心模型分析雷达散射数据成为分析雷达散射特性的很有利手段。

现有的散射中心提取方法，通常通过多姿态角下的一维散射中心分布重构来进行提取，但这种方法必须是固定型散射中心，而对典型的滑动型散射中心无效。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于广义霍夫(Hough)变换三维散射中心提取方法，能够有效对滑动型二维和三维散射中心进行提取。

为解决上述技术问题，本发明的实施例提供一种基于广义Hough变换三维散射中心提取方法，所述基于广义Hough变换三维散射中心提取方法包括：

对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片；

对每个二维散射中心高度切片进行二值分析和广义Hough变换，得到散射中心的二维位置和滑动半径；

利用所述散射中心的二维位置和滑动半径得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，得到的所述直线方程为第一直线方程；

将所述第一雷达散射截面积数据替换为第二雷达散射截面积数据，重复所述对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片至所述利用所述散射中心的二维位置和滑动半径得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，得到的所述直线方程为第二直线方程；

利用所述第一方程和第二方程，得到散射中心三维位置与滑动半径。

优选的，所述第一雷达散射截面积数据和第二雷达散射截面积数据分别为不同固定俯仰角下的典型目标多姿态角下的扫频数据。

优选的，对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片之前，包括：

根据电磁建模计算或实际模型测量，获取不同固定俯仰角下的典型目标多姿态角下的雷达散射截面积数据。

优选的，对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片之前，包括：

建立滑动型散射中心的轨迹关联曲线方程。

优选的，所述建立滑动型散射中心的轨迹关联曲线方程，包括:

设圆柱半径r₀，中心位置(x₀,y₀,z₀)，则散射中心位置(x,y,z)满足下面方程，

x＝x₀+r₀cosφ

y＝y₀+r₀sinφ    (1)

z＝z₀

散射中心径向距离

R(θ,φ；x₀,y₀,r₀)＝x₀sinθcosφ+y₀sinθsinφ+z₀cosθ+r₀sinθ    (2) 

或

x₀sinθcosφ+y₀sinθsinφ+z₀cosθ＝R-r₀sinθ    (3) 

显然，对于固定型散射中心，有

r₀＝0    (4)

对于滑动散射中心

r₀＝r₀(φ)    (5)

优选的，所述对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片，包括：

针对第一雷达散射截面积数据利用一维距离像处理获得一维散射中心分布；

对所述一维散射中心分布进行二值分析，获得多方位角下的一维散射中心的距离参数；

对一维散射中心的距离参数利用满足滑动轨迹方程进行广义Hough变换生成二维散射中心高度切片。

优选的，所述对每个二维散射中心高度切片进行二值分析和广义Hough变换，得到散射中心的二维位置和滑动半径。包括：

对每个二维散射中心高度切片进行二值分析并利用满足滑动轨迹方程进行广义Hough变换，得到不同圆半径下的广义Hough变换图；

检测最大值的最大化获得最佳聚焦图，得到散射中心的二维位置和滑动半径。

优选的，所述利用所述散射中心的二维位置和滑动半径得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，包括：

利用所述散射中心的二维位置和滑动半径通过线性拟合得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程。

优选的，所述利用所述第一方程和第二方程，得到散射中心三维位置与滑动半径，包括：

对所述第一方程和第二方程联立求解，得到散射中心高度值z与滑动半径R。

优选的，所述对所述第一方程和第二方程联立求解，得到散射中心高度值z与滑动半径R之后，包括：

结合散射中心的二维位置，得到散射中心三维位置与滑动半径。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

上述方案中，通过建立二维散射中心高度切片，对每个二维散射中心高度 切片进行二值分析和广义Hough变换，建立散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，从而得到散射中心三维位置与滑动半径，有效对滑动型二维和三维散射中心进行提取，原理简单、直观，实现方便。

附图说明

图1为本发明实施例的基于广义Hough变换三维散射中心提取方法流程图；

图2为本发明实施例的基于广义Hough变换三维散射中心提取方法不同方位角下的一维距离像示意图；

图3为本发明实施例的基于广义Hough变换三维散射中心提取方法广义Hough变换散射中心关联结果示意图；

图4为本发明实施例的基于广义Hough变换三维散射中心提取方法二值分析结果示意图；

图5为本发明实施例的基于广义Hough变换三维散射中心提取方法广义Hough变换圆轨迹关联示意图

图6为本发明实施例的基于广义Hough变换三维散射中心提取方法联立两次结果提取示意图。

具体实施方式

为使本发明要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。

如图1所示，本发明实施例的一种基于广义Hough变换三维散射中心提取方法，所述基于广义Hough变换三维散射中心提取方法包括：

步骤101：对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片。

步骤102：对每个二维散射中心高度切片进行二值分析和广义Hough变换，得到散射中心的二维位置和滑动半径；

步骤103：利用所述散射中心的二维位置和滑动半径得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，得到的所述直线方程为第一直线方程；

步骤104：将所述第一雷达散射截面积数据替换为第二雷达散射截面积数据，重复所述对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片至所述利用所述散射中心的二维位置和滑动半径得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，得到的所述直线方程为第二直线方程；

步骤105：利用所述第一方程和第二方程，得到散射中心三维位置与滑动半径。

本发明实施例的基于广义Hough变换三维散射中心提取方法，通过建立二维散射中心高度切片，对每个二维散射中心高度切片进行二值分析和广义Hough变换，建立散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，从而得到散射中心三维位置与滑动半径，有效对滑动型二维和三维散射中心进行提取，原理简单、直观，实现方便。

优选的，所述第一雷达散射截面积数据和第二雷达散射截面积数据分别为不同固定俯仰角下的典型目标多姿态角下的扫频数据。

优选的，对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片之前，包括：

根据电磁建模计算或实际模型测量，获取不同固定俯仰角下的典型目标多姿态角下的雷达散射截面积数据。

优选的，对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片之前，包括：

建立滑动型散射中心的轨迹关联曲线方程。

优选的，所述建立滑动型散射中心的轨迹关联曲线方程，包括:

设圆柱半径r₀，中心位置(x₀,y₀,z₀)，则散射中心位置(x,y,z)满足下面方程，

x＝x₀+r₀cosφ

y＝y₀+r₀sinφ    (1)

z＝z₀

散射中心径向距离

R(θ,φ；x₀,y₀,r₀)＝x₀sinθcosφ+y₀sinθsinφ+z₀cosθ+r₀sinθ    (2) 

或

x₀sinθcosφ+y₀sinθsinφ+z₀cosθ＝R-r₀sinθ    (3) 

显然，对于固定型散射中心，有

r₀＝0    (4)

对于滑动散射中心

r₀＝r₀(φ)    (5)

优选的，所述对第一雷达散射截面积数据进行处理，建立二维散射中心高度切片，包括：

针对第一雷达散射截面积数据利用一维距离像处理获得一维散射中心分布；

对所述一维散射中心分布进行二值分析，获得多方位角下的一维散射中心的距离参数；

对一维散射中心的距离参数利用满足滑动轨迹方程进行广义Hough变换生成二维散射中心高度切片。

优选的，所述对每个二维散射中心高度切片进行二值分析和广义Hough变换，得到散射中心的二维位置和滑动半径。包括：

对每个二维散射中心高度切片进行二值分析并利用满足滑动轨迹方程进行广义Hough变换，得到不同圆半径下的广义Hough变换图；

检测最大值的最大化获得最佳聚焦图，得到散射中心的二维位置和滑动半径。

优选的，所述利用所述散射中心的二维位置和滑动半径得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程，包括：

利用所述散射中心的二维位置和滑动半径通过线性拟合得到散射中心高度值z与滑动半径R满足的直线方程。

优选的，所述利用所述第一方程和第二方程，得到散射中心三维位置与滑动半径，包括：

对所述第一方程和第二方程联立求解，得到散射中心高度值z与滑动半径R。

优选的，所述对所述第一方程和第二方程联立求解，得到散射中心高度值 z与滑动半径R之后，包括：

结合散射中心的二维位置，得到散射中心三维位置与滑动半径。

具体的，针对一个包含了若干典型体目标体(简称SLICY模型)的仿真数据的三维散射中心提取过程来阐述本发明方法。对雷达视线擦地角为70°情况下，利用电磁散射仿真软件(或测量)获得多方位角下的RCS数据。

首先，针对RCS数据利用一维距离像处理获得一维散射中心分布(如图2)。其次通过二值分析，获得多方位角下的一维散射中心的距离参数。再次，利用满足滑动轨迹方程的广义Hough变换生成多个二维散射中心高度切片图(如图3中给出了高度z＝0.41m处的切片)。然后针对每个二维切片图进行二值分析(如图4)并再次运用满足圆方程的广义Hough变换，搜索圆半径值使得扩散为环形的散射中心重新聚焦(如图5)，这样就估计了散焦的散射中心的扩散半径。这样针对每个散射中心来说，不同高度值z，将估计出不同的扩散半径值(如表1所示)。接下来通过线性拟合获得高度值z与扩散半径R的依赖关系直线。

同样针对雷达视线擦地角为60°进行上述相同的操作，获得另一个z与R的直线方程(如表2)。

将两个俯仰角下的数据获得的两个直线方程联立求解，获得唯一z与R值(如图6)，这样最终得到了散射中心高度z与滑动半径R的一个估计。

表1俯仰角70°处理结果

t＝70°：r＝0.6015-0.35z

Z 0.41 0.51 0.61 0.71 0.81 R 0.46 0.42 0.39 0.35 0.32

表2俯仰角60°处理结果

t＝60°：r＝0.7658-0.58z

Z 0.41 0.51 0.61 0.71 0.81 R 0.53 0.47 0.41 0.35 0.30

本发明实施例的基于广义Hough变换三维散射中心提取方法，不仅适用于固定型散射中心的关联，而且还适用于滑动型散射中心的关联，在雷达目标 的二维和三维重构、目标的识别和反演中有着重要的意义，具有一定的工程应用价值。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。