本技术涉及雷达成像和雷达信号处理，特别是涉及一种针对非均匀转动目标的太赫兹isar成像方法和装置。
背景技术：
1、由于没有大气的影响，天基太赫兹逆合成孔径雷达(inverse syntheticaperture radar，isar)可在远距离上获取空间卫星的高分辨率图像，因此具有重要的应用前景。然而，由于天基平台与空间卫星相对运动十分复杂，且对于一些失控翻滚或者正在进行调姿变轨的卫星，这类目标相对天基太赫兹雷达形成的成像转角非均匀变化，产生的空变相位误差从而导致成像散焦。
2、目前，对于非均匀转动目标的太赫兹isar成像算法，主要分为基于旋转参数估计的参数化方法与距离瞬时多普勒算法(range-instantaneous doppler，rid)，基于旋转参数估计的参数化方法主要是通过参数估计的算法估计出目标旋转速度与旋转加速度，补偿二次空变相位获得较好的成像结果，最经典的算法有自适应时频技术(adaptive jointtime-frequency technique,ajtf)，该算法通过多个特显点，利用解线频调技术估计目标转动速度与转动加速度，利用极坐标格式化算法(polar format algorithm,pfa)，实现成像聚焦。然而，此类方法需要依赖于多个特显点估计转动参数，参数估计精度不高，且鲁棒性差。
3、基于rid算法主要是将非均匀转动视为机动目标，利用时频分析得到目标瞬时多普勒信息，进而获得目标二维图像。常用的时频分析方法包括短时傅里叶变换(short timefourier transform，stft)、平滑伪维格纳分布(smoothed pseudo wigner-villedistribution，spwvd)。此类方法虽然不需要估计旋转参数，但通过短时窗处理后，成像分辨率会大大降低，且此类方法只是减少了二次相位对成像的影响，并没有对二次相位误差进行补偿。
技术实现思路
1、基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够提高太赫兹isar成像时的参数估计精度和鲁棒性，实现高质量聚焦成像的针对非均匀转动目标的太赫兹isar成像方法和装置。
2、一种针对非均匀转动目标的太赫兹isar成像方法，所述方法包括：
3、基于天基太赫兹逆合成孔径雷达获取非均匀转动目标的雷达回波信号并进行预处理，得到雷达回波信号的一维距离像，对一维距离像进行相位补偿和方位傅里叶变换，得到距离空变相位误差补偿后的isar图像；
4、构建距离空变相位误差补偿后的isar图像的图像熵函数，根据图像熵最小算法在预设的粗搜索区间内依次对目标的旋转速度、旋转中心和旋转加速度进行粗搜索，获取旋转速度、旋转中心和旋转加速度的粗估计结果；
5、采用修正牛顿算法，并通过旋转速度和旋转中心的粗估计结果对图像熵函数进行迭代求解，当图像熵函数收敛后，获取旋转速度和旋转中心的精估计结果，并根据旋转速度和旋转中心的精估计结果对一维距离像进行二次距离空变相位误差补偿，得到二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像；
6、根据旋转加速度的粗估计结果确定旋转加速度的精搜索区间，在精搜索区间内根据预设的精搜索步长对旋转加速度进行一维搜索，得到旋转加速度的精估计结果，根据旋转加速度的精估计结果对二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像进行二次方位空变相位误差补偿和方位傅里叶变换，得到聚焦的isar图像。
7、在其中一个实施例中，基于天基太赫兹逆合成孔径雷达获取非均匀转动目标的雷达回波信号并进行预处理，得到雷达回波信号的一维距离像，包括：
8、基于天基太赫兹逆合成孔径雷达获取非均匀转动目标的雷达回波信号，对雷达回波信号依次进行解线调频、脉冲压缩、平动补偿和一阶越距离徙动矫正，得到雷达回波信号的一维距离像。
9、在其中一个实施例中，对一维距离像进行相位补偿和方位傅里叶变换，得到距离空变相位误差补偿后的isar图像，包括：
10、对一维距离像进行相位补偿和方位傅里叶变换，得到距离空变相位误差补偿后的isar图像，表示为：
11、
12、其中，g(n；m；x)为距离空变相位误差补偿后的isar图像，m为方位维点数，n、m表示图像上像素的坐标，s(n,h)为一维距离像的离散化结果，h为慢时间tm离散化后的变量，j为虚数单位，x＝[kr,y0]表示二次距离空变相位误差参数，为目标的旋转速度相关量，prf为脉冲重复频率，α为目标的旋转速度，fc为雷达载频，c为光速，y0为目标的旋转中心，b为带宽。
13、在其中一个实施例中，构建距离空变相位误差补偿后的isar图像的图像熵函数eg(x)，表示为：
14、
15、其中，eg为图像总能量，n为距离维点数，g(n；m；x)为距离空变相位误差补偿后的isar图像。
16、在其中一个实施例中，根据图像熵最小算法在预设的粗搜索区间内依次对目标的旋转速度、旋转中心和旋转加速度进行粗搜索，获取旋转速度、旋转中心和旋转加速度的粗估计结果，包括：
17、将目标的旋转中心和旋转加速度置为0，在预设的粗搜索区间内按照预设的粗搜索步长对目标的旋转速度进行搜索，选择图像熵函数值最小时的搜索结果作为旋转速度的粗估计结果；
18、将旋转速度的粗估计结果代入并将旋转加速度继续置为0，在预设的粗搜索区间内按照预设的粗搜索步长对目标的旋转中心进行搜索，选择图像熵函数值最小时的搜索结果作为旋转中心的粗估计结果；
19、将旋转中心的粗估计结果代入，在预设的粗搜索区间内按照预设的粗搜索步长对目标的旋转加速度进行搜索，选择图像熵函数值最小时的搜索结果作为旋转加速度的粗估计结果。
20、在其中一个实施例中，采用修正牛顿算法，并通过旋转速度和旋转中心的粗估计结果对图像熵函数进行迭代求解，当图像熵函数收敛后，获取旋转速度和旋转中心的精估计结果，包括：
21、计算图像熵函数eg(x)关于二次距离空变相位误差参数x的梯度和黑塞矩阵，分别表示为：
22、
23、
24、其中，为eg(x)关于旋转速度相关量kr的偏导数，为eg(x)关于旋转中心y0的偏导数，为eg(x)关于旋转速度相关量kr的二阶偏导数，为eg(x)关于旋转中心y0的二阶偏导数，为eg(x)的二阶混合偏导数，上标t表示矩阵转置；
25、将旋转速度和旋转中心的粗估计结果作为迭代求解的初始值代入图像熵梯度▽e和黑塞矩阵h中，并采用修正牛顿算法对图像熵函数eg(x)进行迭代求解，直至eg(x)收敛至满足预设的精度要求，将此时迭代获取的结果作为旋转速度和旋转中心的精估计结果；其中，采用修正牛顿算法的迭代过程表示为：
26、
27、h′＝h+μi；
28、其中，xk+1表示第k+1次迭代求解的x，xk表示第k次迭代求解的x，h′为修正后的黑塞矩阵，h′k为第k次迭代求解的修正后的黑塞矩阵，为第k次迭代求解的图像熵梯度，λ为步长因子，i为单位矩阵，参数μ满足μ+λi＞0,i＝1,2,…,a且μ＞max{-λi}，λi为黑塞矩阵的第i个特征值，a为特征值数量。
29、在其中一个实施例中，根据旋转速度和旋转中心的精估计结果对一维距离像进行二次距离空变相位误差补偿，得到二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像s′(fr,tm)，表示为：
30、
31、其中，fr为距离频率，tm表示慢时间，q表示组成雷达回波信号的散射点数量，σi为第i个散射点的反射系数，tp脉冲宽度，γ为信号调频率，c为光速，fc为雷达载频，j为虚数单位，α为目标的旋转速度，β为目标的旋转加速度，xi和yi为第i个散射点的横纵坐标。
32、在其中一个实施例中，根据旋转加速度的粗估计结果确定旋转加速度的精搜索区间，在精搜索区间内根据预设的精搜索步长对旋转加速度进行一维搜索，得到旋转加速度的精估计结果，包括：
33、根据旋转加速度的粗估计结果确定旋转加速度的精搜索区间为其中，为旋转加速度的粗估计结果，l为粗搜索步长；
34、在精搜索区间内，根据预设的精搜索步长对旋转加速度进行一维搜索，得到旋转加速度的精估计结果；其中，旋转加速度的一维搜索过程表示为：
35、
36、其中，eg(β)为补偿二次方位空变相位误差后的图像熵，为旋转加速度的精估计结果。
37、在其中一个实施例中，根据旋转加速度的精估计结果对二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像进行二次方位空变相位误差补偿和方位傅里叶变换，得到聚焦的isar图像，表示为：
38、
39、其中，g′(n；m；x)为聚焦的isar图像，m为方位维点数，n、m表示图像上像素的坐标，s′(n,h)为二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像s′(fr,tm)的离散化结果，h为慢时间tm离散化后的变量，j为虚数单位，为目标的旋转加速度相关量，fc为雷达载频，c为光速，prf为脉冲重复频率，β为旋转加速度，为方位向分辨率，t为成像相干处理时间，α为目标的旋转速度，λ为步长因子。
40、一种针对非均匀转动目标的太赫兹isar成像装置，所述装置包括：
41、回波信号预处理模块，用于基于天基太赫兹逆合成孔径雷达获取非均匀转动目标的雷达回波信号并进行预处理，得到雷达回波信号的一维距离像；
42、粗搜索模块，用于构建距离空变相位误差补偿后的isar图像的图像熵函数，根据图像熵最小算法在预设的粗搜索区间内依次对目标的旋转速度、旋转中心和旋转加速度进行粗搜索，获取旋转速度、旋转中心和旋转加速度的粗估计结果；
43、二次距离空变相位误差补偿模块，用于采用修正牛顿算法，并通过旋转速度和旋转中心的粗估计结果对图像熵函数进行迭代求解，当图像熵函数收敛后，获取旋转速度和旋转中心的精估计结果，并根据旋转速度和旋转中心的精估计结果对一维距离像进行二次距离空变相位误差补偿，得到二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像；
44、二次方位空变相位误差补偿模块，用于根据旋转加速度的粗估计结果确定旋转加速度的精搜索区间，在精搜索区间内根据预设的精搜索步长对旋转加速度进行一维搜索，得到旋转加速度的精估计结果，根据旋转加速度的精估计结果对二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像进行二次方位空变相位误差补偿和方位傅里叶变换，得到聚焦的isar图像。
45、相较于现有技术，本技术具备的有益效果包括：
46、1、本技术利用粗搜索与精搜索结合的方式估计目标的旋转速度、旋转中心和旋转加速度，在减少搜索量的同时，提高了旋转参数的估计精度，鲁棒性强。
47、2、本技术根据图像熵最小算法在预设的粗搜索区间内依次对目标的旋转速度、旋转中心和旋转加速度进行粗搜索，使得算法迭代收敛更快，同时降低了距离空变二次相位与方位空变二次相位的耦合影响。
48、3、本技术对牛顿法进行修正，采用修正牛顿算法并通过旋转速度和旋转中心的粗估计结果对图像熵函数进行迭代求解，获取旋转速度和旋转中心的精估计结果，能够在保证牛顿法的收敛性的同时，防止迭代陷入局部最优解，提高了旋转参数估计精度，最后根据精估计结果进行二次距离空变相位误差补偿和二次方位空变相位误差补偿，实现天基太赫兹逆合成孔径雷达对非均匀转动空间目标高分辨成像。
49、4、本技术不依赖于雷达回波信号中的特显点进行旋转参数估计，具备良好的自适应性。
1.一种针对非均匀转动目标的太赫兹isar成像方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，基于天基太赫兹逆合成孔径雷达获取非均匀转动目标的雷达回波信号并进行预处理，得到所述雷达回波信号的一维距离像，包括：
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，对所述一维距离像进行相位补偿和方位傅里叶变换，得到距离空变相位误差补偿后的isar图像，包括：
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，构建所述距离空变相位误差补偿后的isar图像的图像熵函数eg(x)，表示为：
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，根据图像熵最小算法在预设的粗搜索区间内依次对目标的旋转速度、旋转中心和旋转加速度进行粗搜索，获取旋转速度、旋转中心和旋转加速度的粗估计结果，包括：
6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，采用修正牛顿算法，并通过旋转速度和旋转中心的粗估计结果对所述图像熵函数进行迭代求解，当所述图像熵函数收敛后，获取旋转速度和旋转中心的精估计结果，包括：
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，根据旋转速度和旋转中心的精估计结果对所述一维距离像进行二次距离空变相位误差补偿，得到二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像s′(fr,tm)，表示为：
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，根据所述旋转加速度的粗估计结果确定旋转加速度的精搜索区间，在所述精搜索区间内根据预设的精搜索步长对所述旋转加速度进行一维搜索，得到旋转加速度的精估计结果，包括：
9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，根据所述旋转加速度的精估计结果对所述二次距离空变相位误差补偿后的一维距离像进行二次方位空变相位误差补偿和方位傅里叶变换，得到聚焦的isar图像，表示为：
10.一种针对非均匀转动目标的太赫兹isar成像装置，其特征在于，所述装置包括：
