本发明涉及逆合成孔径雷达二维成像，具体涉及一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法。
背景技术：
1、随着雷达信号处理技术的发展，雷达不再将目标视作一个点目标，而是能够实现对目标的精确成像，获取目标的尺寸、形态等信息，有效提升了雷达系统的目标侦察、监视和识别能力。目前雷达系统已经在军事侦察、边境监控、海上巡逻和空中监视等领域都发挥出了重要作用，对维护国家安全和防范潜在威胁具有重大意义。使用雷达系统对空天目标进行观测时，相比于光学成像系统，雷达系统能够克服云、雾等低能见度的恶劣天气所带来的影响，并且能够进一步获取距离维信息，展现出了光学成像所不能比拟的优势。逆合成孔径雷达(inverse-synthetic-aperture-radar，简称isar)是合成孔径雷达发展过程中的一个重要分支。而在实际观测过程中，雷达通常需要对探测区域内的多个目标进行成像，但雷达资源往往是有限的，因此需要对雷达资源进行合理分配以提高雷达系统的整体工作性能。
2、众所周知，雷达的距离分辨率通常由雷达发射信号的带宽所决定，雷达的方位向分辨率则取决于雷达与目标之间的相对转角。当目标与雷达之间相对转动的角速度越大，所需成像的相干积累时间越短，消耗的雷达资源则越少。此外，当目标运动较为平稳时，目标回波所产生的多普勒信息基本不变，使用距离-多普勒(range-doppler，rd)算法对目标成像可以得到较好的成像效果，但是一旦相干积累时间过长或者目标运动状态变化太大，该成像算法容易造成图像散焦。因此，对于目标成像，尤其是运动状态存在变化的目标成像，应当根据目标跟踪所能提供的状态预测结果，选择合适的观测时段作为目标的最优观测时段对目标进行观测成像。显然，最优观测时段的选择将直接影响目标成像相干积累时间和目标成像性能，在多目标条件下，会进一步影响资源优化调度策略。现有面向成像任务的雷达资源调度方法没有考虑最优观测时段选择问题，他们通常假设目标在观测期间运动状态不发生改变。
技术实现思路
1、针对现有技术中的不足，本发明提出一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，考虑目标运动状态发生改变的情形，根据目标特征认知结果计算目标的最优观测时段，并基于稀疏孔径isar成像技术，为各目标分配观测脉冲，从而完成雷达对多目标的成像任务，具体包括下列步骤：
2、第一步：对目标特征进行感知；
3、第二步：评估目标优先级；
4、第三步：计算目标所需方位向分辨率和相干积累转角；
5、第四步：计算目标等效旋转角速度；
6、第五步：计算目标最优观测时段；
7、第六步：构建雷达成像资源自适应调度模型；
8、第七步：对雷达成像资源自适应调度模型进行求解，根据调度结果采用稀疏孔径isar成像算法对各目标进行成像。
9、进一步，所述第一步具体包括下列步骤：
10、获取目标特征，也就是获取各目标的距离rk、速度vk、偏航角方位向尺寸skx和方位向稀疏度kk等信息；首先通过雷达对探测区域内各目标的跟踪结果获取各目标的距离rk、速度vk、偏航角信息，并通过结果预测出目标未来一段时间内的运动状态；然后发射少量脉冲对目标进行粗isar成像，得到成像结果skr(fs,fτ)，fs为快时间维度频率，fτ为慢时间维度频率，从而估计出目标的方位向尺寸skx和方位向稀疏度kk；
11、首先对isar像进行归一化处理：
12、
13、然后设置阈值ts，记则根据多普勒频率与目标散射点横坐标之间存在的线性关系计算出目标方位向尺寸；其中fd为目标散射点与雷达之间的相对运动所产生的多普勒频率，vp为两者的相对速度，λ是雷达发射信号波长，ω为目标的等效旋转角速度，xp为散射点的横坐标；则目标方位向尺寸表示为：
14、
15、然后对isar像再作如下归一化处理：
16、
17、设置阈值th，将s″kr(fτ)离散化表示为向量s″kr，则目标的方位向稀疏度kk就为向量s″kr中大于th的元素个数。
18、进一步，所述第二步具体包括下列步骤：
19、在计算目标优先级时，将重点考察目标飞行速度v，目标距离雷达的距离r以及偏航角这三个因素，同时考虑到目标的运动状态存在起伏，将优先级设置为：
20、
21、其中，rk'＝1/min(rk)，vk'＝max(vk)，rk'为目标k在调度间隔内离雷达最近的距离的倒数，vk'为目标k在调度间隔内的最大速度，为目标k起始偏航角的负余弦值，用以表征目标飞行朝向的威胁程度；ω1、ω2和ω3分别为三项因素作用的权重；将各项参数带入优先级公式中即可得到各目标优先级大小。
22、进一步，所述第三步具体包括下列步骤：
23、设参考尺寸为sx_ref，参考方位向分辨率为ρref，则根据目标尺寸得出该目标的方位向分辨率为：
24、
25、然后根据方位向分辨率的表达式，就得出相干积累转角的表达式为：
26、
27、进一步，所述第四步具体包括下列步骤：
28、通过简单推导，得知目标的有效转角就是目标沿雷达视线方向的偏航角的改变量因此根据目标搜索、跟踪等信息，获取目标沿雷达视线方向偏航角的变化情况，对偏航角关于时间t求导，即可得出目标等效旋转角速度随时间变化的值但是考虑到单变量测量时所带来的误差太大，因此根据上面推导，进一步将有效转角分为两部分：一部分为雷达对目标观测视角发生改变所产生的转角θk，即目标绕雷达做圆周运动的转角；一部分为目标飞行时偏航所产生的转角αk；因此等效旋转角速度也分为两部分：ωθk(t)和ωαk(t)，根据圆周运动中线速度与角速度的关系，推导出ωθk(t)的表达式为：
29、
30、因此，等效旋转角速度的表达式为：
31、
32、其中，由于目标转动存在惰性，目标运动方向的偏移量通常很小，因此ωαk(t)可以忽略不计；为了减小测量误差对最终结果带来的影响，对两种等效旋转角速度的表达式进行整合，最终得出的表达式为：
33、
34、进一步，所述第五步具体包括下列步骤：
35、在计算出目标等效旋转角速度随时间变化的数据ωk(t)后，对等效旋转角速度关于时间t求导，得到角加速度用以评估角速度的平稳程度；
36、通过求解以下优化模型获取各目标最优观测时段：
37、
38、其中，t0为最优观测时段的起始时刻，tc为最优观测时段长度，这两个变量为模型的待优化变量，[t0,t0+tc]即为所求的最优观测时段；第一个约束条件表示最优观测时段形成的有效转角需要等于分辨率所要求达到的转角；第二个约束条件约束了最优观测时段起始时刻t0的取值范围；第三个约束条件约束了最优观测时段长度tc的取值范围，其中t为调度间隔；第四个约束条件表示最优观测时段内的角加速度需要满足平稳性要求，为满足成像质量要求的角加速度阈值。
39、进一步，所述第六步具体包括下列步骤：
40、针对雷达对多目标成像资源优化调度问题，将雷达资源优化调度结果记为调度向量x，首先将x初始化为1×nc的零向量，nc＝t·prf为调度间隔内的总脉冲数，prf为脉冲重复频率，向量中每个元素则代表雷达使用当前脉冲对哪个目标进行观测，若在第i个脉冲对第k个目标成像，则x(i)＝k，具体表达式如式(11)所示；
41、
42、然后定义如下性能指标：
43、(a)优先执行率pir：在调度间隔内，成像目标的优先级占所有目标优先级之和的比重；即：
44、
45、其中，n为探测区域内待成像目标的总数，xk只能取1或0，xk取1代表第k个目标被调度，取0代表没有；则xk表示为
46、(b)任务调度成功率srts
47、
48、其中，n为调度成功的目标个数，
49、(c)脉冲利用率pur
50、
51、其中，m为调度间隔内已使用的脉冲总数，
52、根据上述设定的性能指标，以调度向量x和调度间隔t作为待优化变量，构建雷达成像资源自适应调度模型：
53、
54、其中，目标函数为三个性能指标的加权求和；第一个约束条件表示调度间隔在一定的范围内取值；第二个约束条件表示目标的观测区间必须在调度区间以内，ts为调度起始时刻，tk和tk分别为第k个目标的观测起始时刻和相干积累时间；第三个约束条件表示调度得到的观测区间必须满足等式条件，即转角要满足方位向分辨率的要求，δθk为满足方位向分辨率所需要的转角，nk为相干积累时间内发射的脉冲数；第四个约束条件表示观测区间内角速度斜率需要满足稳定性条件；第五个约束条件表示目标的观测维度通过调度向量x中检索得到；第六个约束条件表示观测维度要满足用正交匹配追踪算法重构原始信号所要满足的条件，c1为常数；第七个约束条件表示发射的观测脉冲总数不能超过调度间隔内的脉冲总数。
55、进一步，所述第七步具体包括下列步骤：
56、为了降低优化复杂度，将式(15)分两个过程对该优化问题进行求解；
57、第一个过程首先研究固定调度间隔长度时的资源优化调度方法，将上述模型进行简化，然后采取启发式方法对模型进行求解；
58、第二个过程研究调度间隔优化选择方法，将调度间隔长度在区间内以一定步长遍历取值，然后求解固定调度间隔长度下的资源优化调度方案，最终选取性能最好的方案作为最优方案；
59、针对第一个过程，对调度间隔内的时间资源进行分配，简化模型为：
60、
61、对于式(16)的求解，将目标按优先级进行排序，然后优先为当前目标分配它的最优观测时段，若最优观测时段不可用，则寻求次优观测时段，尽可能少地减少资源消耗；
62、针对第二个过程，为了最大化系统资源利用率，得到任务调度成功率和脉冲利用率都令人满意的调度方案，定义优异度doe这一评估指标，如式(17)所示：
63、
64、其中，代表优异度的正负性，只有srts满足相关要求时，doe才为正值；q为放大系数，用以平衡参数的数量级不同所带来的差异，此处取q＝1000；
65、在对调度间隔进行遍历取值时，计算其所得调度方案对应的优异度，以优异度指标评判方案的优异程度，最终选取优异度最高的方案作为最终的资源优化调度策略，根据调度结果采用稀疏孔径isar成像算法对各目标进行成像。
66、进一步，所述阈值ts为0.1-0.5，阈值th为0-0.3。
67、进一步，所述权重系数ω1＝0.3，ω2＝0.3，ω3＝0.4，角加速度阈值
68、本发明优点如下：1、考虑了目标运动状态发生改变的情形，并定义了目标的最优观测时段，研究了基于最优观测时段的雷达成像资源自适应调度方法。2、考虑了目标在观测期间运动状态的平稳性对成像质量的影响。3、实现了对调度方案和调度间隔的联合优化。
1.一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于，具体包括下列步骤：
2.如权利要求1所述的一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于：所述第一步具体包括下列步骤：
3.如权利要求1所述的一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于：所述第二步具体包括下列步骤：
4.如权利要求1所述的一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于，所述第三步具体包括下列步骤：
5.如权利要求1所述的一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于：所述第四步具体包括下列步骤：
6.如权利要求1所述的一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于：所述第五步具体包括下列步骤：
7.如权利要求1所述的一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于：所述第六步具体包括下列步骤：
8.如权利要求1所述的一种基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于：所述第七步具体包括下列步骤：
9.如权利要求2所述的基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于：所述阈值ts为0.1-0.5，所述阈值th为0-0.3。
10.如权利要求3所述的基于最优观测时段的isar成像资源自适应调度方法，其特征在于：所述权重系数ω1＝0.3，ω2＝0.3，ω3＝0.4，角加速度阈值
