利用互相关函数抑制步进频率成像中距离旁瓣的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种阵列成像方法。
【背景技术】
[0002] 在声纳、雷达以及医学等阵列成像技术中，为了提高成像系统的距离分辨率，需 要使用大带宽的发射信号。但是大带宽信号会导致成像系统发射和接收端的瞬时带宽 增加，从而提高系统硬件成本。为了克服这一缺点，步进频率系统（GillG，Detection oftargetsembeddedinclutterusingfrequencystepwaveform,Proceedingsof the1994InternationalSymposiumonNoiseandClutterRejectioninRadarsand ImagingSensors,Kawasaki,Japan, 1994:115?刘晓红，高距离分辨成像雷达的信号分析与 处理，西安电子科技大学硕士学位论文，2006)可利用多个小带宽信号来合成具有大带宽的 信号，在不增加成像系统瞬时带宽的前提下提高距离分辨率。
[0003] 在处理过程中，已有的步进频率成像方法认为互相关函数是一种干扰。为 了抑制互相关干扰，步进频率系统中多个发射脉冲的频带是相互分开的，因此合 成信号的距离旁瓣往往较高。为了抑制距离旁瓣，Levanon等人使用频域加权法 (N.Levanon, "Stepped-frequencypulse-trainradarsignal, "IEEProc.-RadarSona r&Navigation,vol. 194,no. 6,pp. 297-309,Dec. 2002.)和距离栅辦置零法（N.Levanon，E. Mozeson,"NullifyingACFgratinglobesinstepped-frequencytrainofLFM pulses, "IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystem,vol. 39,no. 2,pp. 6 94-703,Apr. 2003.)，获得了较低的距离旁瓣。但是这些方法容易导致合成信号的距离主瓣 变宽，从而导致距离分辨率下降。此外，这些方法仅仅是对自相关函数（或自模糊函数）进 行合成，忽略了互相关函数的作用并将其当作干扰进行抑制。
【发明内容】
[0004] 为了抑制步进频率成像系统中合成相关函数的高距离旁瓣，本发明提供一种利用 互相关函数和自相关函数共同对合成的相关函数进行整形并获得低距离旁瓣的方法。为了 利用互相关函数而不是抑制互相关函数，本发明设计一组线性调频（LFM)脉冲作为步进频 率系统的发射信号。通过将相邻LFM脉冲的频带设为重叠、调频方向设为相反，本发明获得 相对传统方法较高的互相关函数（互相关峰值大于自相关峰值的〇. 1倍），并将其作为有用 成分而加以保留与利用，最后通过优化脉冲信号参数最终达到压低合成相关函数距离旁瓣 的目的。
[0005] 本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括以下步骤：
[0006] 1)设定阵列参数，发射阵采用步进频系统的阵列系统，单个发射阵元位于坐标原 点上；接收阵为N元ULA，所述的ULA表示均匀直线阵，阵元间距为d;使用二维坐标系统，发 射阵元坐标为（0, 0)，第n个接收阵元的坐标为{[n-l-(N-l)/2]d, 0}，n= 1，2,......，N;
[0007] 2)设计一组LFM脉冲，脉冲个数M多2,相邻脉冲的频带重合，相邻脉冲的调频方 向相反，设第m个LFM脉冲为S111Ct)，
【主权项】
1. 一种利用互相关函数抑制步进频率成像中距离旁瓣的方法，其特征在于包括下述步 骤： 1) 设定阵列参数，发射阵采用步进频系统的阵列系统，单个发射阵元位于坐标原点上； 接收阵为N元ULA，所述的ULA表示均匀直线阵，阵元间距为d ;使用二维坐标系统，发射阵 元坐标为（0, 0)，第η个接收阵元的坐标为{[n-1-(N-l)/2]d, 0}，η = 1，2,......，N ; 2) 设计一组LFM脉冲，脉冲个数M多2,相邻脉冲的频带重合，相邻脉冲的调频方向相 反，设第m个LFM脉冲为Sni⑴，
其中，t代表时间，fm = f Cl-Dm (Btl+ Λ B) /2为第m个LFM脉冲的中心频率，Λ B为重合的 带宽，其值为负值，为整个频带的中心频率，B C1为单个LFM脉冲的带宽，T ^为单个LFM脉 冲的脉宽，Dm为调频方向控制参数，当第m个LFM脉冲为上调频时，D m= 1，当第m个LFM脉 冲为下调频时，Dm= -1，m = 1，2, "·，Μ ; 将所有LFM脉冲的自相关函数和互相关函数进行叠加，获得合成信号的相关函数
'其中，Rm，m(t)是第m个LFM脉冲的自相关函数，R nuU)是 第m个LFM脉冲和别的LFM脉冲之间的互相关函数； 利用互相关函数和自相关函数共同对合成的相关函数进行整形，在获得期望距离主瓣 的同时获得低距离旁瓣，即距离旁瓣峰值小于等于主瓣峰值的〇. 1倍； 3) 利用步骤1)中的阵列按照时间间隔ΛΤ发射步骤2)中设计的M个LFM脉冲，采集 回波，第η个接收阵元上的回波为Xn(t)，
其中，σ p为第P个散射点的散射强度，P = 1，2,…，P，P为散射点个数，< 是单个发 射阵元到第P个散射点的时延，< 是第ρ个散射点到第η个接收阵元的时延，Λ T代表相邻 LFM脉冲在发射时的时间间隔，Zn(t)代表噪声项； 4) 获得回波后，对不同LFM脉冲的回波进行时延矫正和时域叠加，得到信号的回波
采用M个LFM脉冲的拷贝对回波进行匹配滤 波，获得MN个匹配滤波输出，第m个匹配滤波器对第η个回波处理所得到的输出ym，n(t)= xn(t)*hm(t)，其中，hm(t) = [SmCVt);^为与第m个匹配滤波器的冲击响应函数，[]^代表 取共轭； 假设发射信号与噪声不相关，则
对MN个匹配滤波输出进行波束形成处理，获得不同的波束输出，进而获得目标的二维 或三维像。
【专利摘要】本发明提供了一种利用互相关函数抑制步进频率成像中距离旁瓣的方法，通过获得具有一定高度的互相关函数，并使用互相关函数和自相关函数共同抑制合成相关函数的距离旁瓣，采集不同LFM脉冲的回波，将LFM脉冲回波之间的时延去掉，并将所有LFM脉冲的回波叠加，对叠加后的回波进行匹配滤波、波束形成和提取强度，获得目标的像。发明提出的方法可以有效降低合成信号的距离旁瓣。
【IPC分类】G01S13-89, G01S7-41
【公开号】CN104765033
【申请号】CN201510209575
【发明人】刘雄厚, 孙超, 杨益新, 卓颉
【申请人】西北工业大学
【公开日】2015年7月8日
【申请日】2015年4月28日