扫描雷达角超分辨成像方法
【专利摘要】本发明公开了一种扫描雷达角超分辨成像方法，本发明的方法根据贝叶斯理论建立实波束扫描雷达角超分辨成像的后向模型，模型中采用泊松分布和拉普拉斯分布分别表征目标与回波的似然函数关系和目标的先验信息，将雷达角超分辨成像表征为目标与回波的后验概率问题，最后在凸优化理论下，使用非线性优化方法及近似处理，求解后验概率最大时对应的目标信息，通过目标信息重构，实现雷达角超分辨成像。本发明中提出的角超分辨方法的可实现实波束中多目标的超分辨。
【专利说明】扫描雷达角超分辨成像方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达成像【技术领域】，特别涉及机载脉冲多普勒雷达前视扫描角超分辨成方法。
技术背景
[0002]雷达具有全天时、全天候工作的能力，在对地观测、飞行器着陆、目标识别等民用军用领域发挥着重要的作用。
[0003]扫描雷达是指雷达波束在方位上均匀或非均匀扫描被探测区域，通过雷达天线波束过场景中目标的时间先后关系，对回波信号的处理，获取目标在空间方位上的散射信息，达到对被探测区域的超分辨成像。由于扫描雷达只通过改变雷达波束对地照射方式，利信号处理的方法实现雷达角超分辨成像。因而，这种工作模式的雷达在军用和民用领域有广阔的应用前景。例如，空间飞行器的自动精确交会对接、无人机自主着陆等。扫描达角超分辨成像是回波数据精确重构到目标域并恢复高频信息实现的，这种重构是数学义上的病态问题，不能通过简单的求逆运算实现上述过程。因此，要实现扫描雷达角超辨成像首先要将病态问题转化成良态问题，并且在此基础上实现良态问题的精确求解，终突破天线参数对雷达图像角分辨率的限制。
[0004]天线的角分辨率4 = 0.89|，其中，λ表示雷达波长，D表示天线孔径尺寸，
λ和D是同样单位。由此可知雷达天线角分辨率受到波和天线孔径参数的制约，因此需要采用相应的信号处理方法，突破上述公式中涉及的系统参数对雷达角分辨率的限制，实现角超分辨成像。文献“Miller C S.Enhanced angle resolution in scanningbeam systems[C]AerospaceApplications Conference, 1995.Proceedings., 1995IEEE.1EEE, 1995:333-341”提出波束扫描模式下提高雷达角分辨的方法，该方法至少使用二个通道的数据，在频域采用反卷积方法提高雷达角分辨率，反卷积问题本身固有的病态性，会大大的影响着算法的性能；文献“Richardson W H.Bayesian-based iterative method ofimage restoration [J].J0SA, 1972, 62 (I): 55-59”中提出一种基于贝叶斯理论的反卷积方法，该方法用来实现扫描雷达成像时，针对单点目标效果较好；针对面目标成像时，因为采用无知分布描述目标先验信息，会导致噪声放大、造成角分辨率低、目标位置偏移、幅度失真、虚假目标等现象，并没有提高雷达的角分辨率。这些现象都会给目标的检测、定位、识别带来不利的影响。
【发明内容】
[0005]本发明针对【背景技术】中介绍的方法存在的技术缺陷，提出一种新的反卷积方法。该方法突破了雷达天线参数对雷达图像角分辨率的限制，解决了现有的角超分辨成像方法因病态性而造成的雷达图像角分辨率低的问题，实现了扫描雷达角超分辨成像。
[0006]为了方便描述本发明的详细内容，首先给出下列术语的定义:[0007]术语1:雷达角超分辨
[0008]雷达角超分辨是指通过信号处理的方法，突破雷达天线系统参数对雷达图像角分辨率的限制。
[0009]术语2:扫描雷达[0010]扫描雷达，是指通过机械转动的方式，使雷达波束在方位上均匀或非均匀地扫描地面、海洋或者空间目标的一种雷达。
[0011]术语3:凸优化
[0012]凸优化是优化理论，是指同时满足:目标函数是凸函数；约束变量集为凸集的约束优化问题。
[0013]术语4:似然函数
[0014]似然函数是一种关于统计模型中参数的函数，反映参数变化时函数值的变化。设样本空间Θ服从分布P (θ, ζ ), ζ表不待估参数，X1, X2，…Xn是来自Θ的样本，X1, X2，…
【权利要求】
1.一种扫描雷达角超分辨成像方法，具体步骤如下: 步骤一:回波数据距离向脉冲压缩， 回波数据距离向脉冲压缩涉及到雷达成像系统参数如下:雷达平台运动速度，记为V;雷达天线波束俯仰角，记为Θ ;发射信号载频，记为f。；雷达平台初始位置，记为(O，O，H)，脉冲重复时间，记为PRI ;场景回波距离向采样点数，记为Nr;成像场景回波方位向采样点数，记为Na ;t时刻雷达平台与场景中位于(x，y)处目标的距离，记为R(x，y，t)；R{x, V, t) = yl Rn2 +V212 -1RiiVt cose cos φ，其中，Rtl为初始时刻天线与场景中目标的斜距，φ为目标的方位角；扫描雷达成像区域的方位时间向量记为Ta=[-PRI.Na2, -PRI.(Na2-1)，…，PRI.(Na2-1)];距离时间向量 Tr= [-1fs.Nr2, -1fs.(Nr2_l)，...，Ifs.(Nr2_l)]，其中，fs 为
距离向采样率，将雷达发射信号记为
表示矩形函数，Tp表示发射脉冲时宽，fc表示载频，k表示调频斜率，τ表示快时间变量；成像区域Ω的回波可以表示为发射信号与目标的卷积加上噪声的结果，对于成像区域Ω而言，回波的解析表达式可以写成:
其中，Ω表示成像区域；(x，y)表示场景中目标的位置；f (x, y)表示点(x，y)处目标散射函数；rI表示慢时间变量；Qa表示慢时间域窗函数，表示方位向天线方向图函数的调制；^表示天线方位角初始时刻；Te表示目标在3dB天线波束宽度驻留时间；(:表示电磁波传播速度！N1O, η)表不回波中的噪声； 将(I)表示成下列离散形式: 其中，Σ表示求和运算，Ν2(τ，η)表示(I)式中队(τ，η)经离散处理后的形式，根据距离向参考时间和发射信号调频斜率k，构造距离向脉压参考信号 s,.ef=rect ?exppdrM，再将Sref与回波数据g2(T，η)进行最大自相关运算，实现回 波信号在距离向脉冲压缩，脉冲压缩后的信号可表示为: 其中，B表示发射信号带宽，Ν3(τ，η)表示数据&(^ Π)经脉压处理后的噪声；步骤二:距离走动校正， 对RU，y, t)在t=0处进行泰勒级数一次项展开，雷达平台与目标的距离函数可表示为:R(x，y, t) ^ Rc1-Vt,对数据g3( τ，η)进行尺度变换以消除雷达平台运动造成的距离徙动，可得:
【文档编号】G01S13/89GK103487802SQ201310429460
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年9月18日 优先权日:2013年9月18日
【发明者】查月波, 黄钰林, 夏永红, 张寅 , 武俊杰, 杨建宇 申请人:电子科技大学