一种杂波背景下实波束扫描雷达角超分辨方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达成像技术领域，它特别涉及扫描雷达对海角超分辨成像。
【背景技术】
[0002] 雷达平台对海成像对海上灾害搜救，航线引导和海面目标识别等民用和军用领域 具有巨大的应用价值。为了获得较大成像范围，同时受不规则平台运动限制，通常在上述应 用中采用扫描成像的模式、通过收发大带宽线性调频信号的方式获得成像区域内的二维回 波图像。并针对回波信号，通过信号处理的方式改善二维分辨率，以达到实际应用中对于分 辨率的需求。首先，对于距离维，通常采用匹配滤波的方法实现高分辨，其次，对于方位维回 波信号，由于扫描成像可以看做天线方向图与目标散射系数的卷积，因此，有关参考文献通 常采用反卷积的方法实现扫描雷达的方位角超分辨。
[0003] 其中，文献"Huang Y, Zha Y, Zhang Y, et al. Real-beam scanning radar angular super-resolution via sparse deconvolution. Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS), 2014IEEE International. IEEE, 2014:3081-3084. " 提出一种相干 clean的反卷积方法，该方法通过对消的方式实现角超分辨，并在一定程度解决了传统 clean算法无法复原单个波束内多个目标的问题。然而该方法的运算量较大，同时在面对扩 展点目标时，算法性能有显著下降。
[0004] 其次，文献"Guan, Jinchen, Yulin Huang, Jianyu Yang, Wenchao Li, and Junjie ffu.^Improving angular resolution based on maximum a posteriori criterion for scanning radar. "In Radar Conference (RADAR)，2012IEEE，pp. 0451-0454. IEEE, 2012." 和文南犬"Daolin, Zhou, Huang Yulin, and Yang Jianyu.''Radar angular superresolution algorithm based on Bayesian approach. 〃In Signal Processing (ICSP)，2010IEEE 10th International Conference on, pp. 1894-1897. IEEE, 2010. " 在贝叶斯公式基础上，利用噪 声和目标的分布特性建立和求解目标函数，实现原始场景在方位域的复原，一定程度的改 善了扫描雷达的方位角分辨，然而，此类方法所假设的泊松分布并不符合实际雷达成像的 杂波分布特性，因此，在该类方法的超分辨性能有限。
【发明内容】
[0005] 针对【背景技术】中介绍的方法存在的缺陷，本发明提出一种杂波背景下实波束扫描 雷达角超分辨方法，采用瑞利分布描述成像场景中的杂波分布特性并建立最大似然目标函 数，并根据求解出的最大似然解构建迭代表达式，实现角超分辨成像。
[0006] 本发明的技术方案为：一种杂波背景下实波束扫描雷达角超分辨方法，根据脉冲 压缩后的扫描雷达的回波特性，将方位维回波建模成目标幅度与天线方向图的卷积模型， 并根据最大似然反卷积方法对回波信号进行处理，采用瑞利分布表征杂波特性并建立目标 函数，通过对目标函数的求解获得最大似然解，并构建迭代表达式，实现了扫描雷达的角超 分辨成像。
[0007] 进一步地，所述一种杂波背景下的实波束扫描雷达角超分辨成像方法，具体包括 以下步骤：
[0008] Sl :根据固定站扫描雷达与目标的几何关系建立回波几何模型；
[0009] S2:根据发射信号参数构造距离向脉压参考信号，将距离向脉压参考信号与回波 信号进行最大自相关运算，得到距离向脉冲压缩后的信号；
[0010] S3 :根据由步骤S2得到的回波信号，以及卷积测量矩阵建立回波信号卷积模型；
[0011] S4:采用瑞利分布表征杂波分布特性并建立最大似然目标函数，并根据求解出的 最大似然解构建迭代表达式；
[0012] S5 :计算迭代初值，根据Tikhonov正则化方法计算步骤S4得到的迭代表达式的迭 代初值；
[0013] S6 :估计杂波统计参数，通过最大似然估计对步骤S4得到的迭代表达式进行参数 估计；
[0014] S7 :将步骤S5得到的迭代初值与步骤S6得到的参数估计值，带入由步骤S4得到 的迭代表达式进行迭代运算，得到实波束超分辨成像。
[0015] 进一步地，所述步骤S6的参数估计为瑞利分布参数估计。
[0016] 进一步地，所述步骤S7还包括：当两次相邻迭代结果的均方差小于或等于设定常 数时，停止迭代。
[0017] 本发明的有益效果：本发明的一种杂波背景下实波束扫描雷达角超分辨方法，根 据脉冲压缩后的扫描雷达的回波特性，将方位维回波建模成目标幅度与天线方向图的卷积 模型，并根据最大似然反卷积方法对回波信号进行处理，采用瑞利分布表征杂波特性并建 立目标函数，通过对目标函数的求解获得最大似然解，并构建迭代表达式，解决了传统扫描 雷达成像模式方位维分辨率低的问题，实现了扫描雷达的角超分辨成像。
【附图说明】
[0018] 图1是本发明提供方法的流程框图.
[0019] 图2是本发明扫描雷达成像运动几何模式。
[0020] 图3是点目标仿真场景。
[0021] 图4是雷达天线方向图。
[0022] 图5是杂波背景下（SCR = 30dB)点目标回波信号。
[0023] 图6是本发明方法处理后的扫描雷达超分辨成像结果图。
【具体实施方式】
[0024] 本发明的所有步骤、结论都在Matlab2012仿真平台上验证正确，下面结合附图和 具体实施例对本发明方法做进一步的阐述。
[0025] 如图1所示为提供方法的流程框图，本发明的一种杂波背景下实波束扫描雷达角 超分辨方法，包括以下步骤：
[0026] Sl :回波建模，采用固定基站扫描成像模式，如附图2所示，本方案步骤中采用的 目标的位置如图3所示，雷达天线方向图如图4所示，扫描雷达成像参数如表1所示，本方 案步骤中采用的目标分布如图5所示，雷达发射信号为线性调频信号：
[0027]
[0028] 其中，rect(·)表示矩形信号，其定义为
τ为距离向快时间变 量，T为发射脉冲持续时间，c为光速，λ为波长，&为调频斜率。
[0029] 当天线扫描完整个成像区域接收到的离散化回波信号为：
[0030]
[0031] 其中，Ω为目标场景范围，f(X，y)为点（X，y)处目标的散射函数J为慢时间域的 窗函数，表示天线方向图函数在方位向的调制；Θ (x，y)为（x，y)处目标与场景中心位置的 夹角；Tfi是目标在3dB天线波束宽度的驻留时间；R(x，y)为天线与（x，y)处目标之间的距 离。
[0032] 表1仿真雷达系统参数
[0033]
[0034] S2 :距离向脉冲压缩，根据发射信号参数构造距离向脉压参考信号：
[0035]
[0036] 其中，Traf表示距离向参考时间。
[0037] 将Sraf与回波s( θ，τ )进行最大自相关运算，完成距离向脉冲压缩。得到脉冲压