专利名称：基于子空间投影的实孔径前视成像方法
技术领域：
本发明涉及成像领域，特别涉及飞行轨迹正前方目标的高分辨成像问题，可用于机载雷达监视系统对沿航迹线方向的目标进行检测与识别。
背景技术：
在未来瞬息万变的现代化高科技战争环境中，战场信息复杂多变，战机转瞬即逝， 及时、正确地进行战场检测和战术侦察关系到战争的成败。因此，必然要求雷达成像系统具有一定的成像精度和成像范围。但是，当天线波束与航迹线接近重合时，由于分布在航迹两侧的地面目标具有相同的多普勒历程容易发生混叠，且目标的多普勒变化率很小，方位分辨率会迅速下降，形成前视“盲区”，而现有的合成孔径雷达系统无法解决这一问题。因此， 如何更好地利用雷达系统对正前方目标实施有效的侦查，以获取前视图像已成为雷达界研究的热点之一。针对前视成像问题，典型的解决方案有双基地SAR前视成像方法，单脉冲前视成像方法，实孔径解卷积前视成像方法等，其中I.双基地SAR前视成像方法。是通过双基地SAR系统进行，该系统是指将发射机和接收机分别安装在不同平台上的合成孔径雷达，其发射机和接收机可以有不同的空间位置和运动速度。发射机向观测区域发射线性调频信号；接收机接收地面回波信号并进行成像处理。双基地SAR系统由于其特殊的接收方式，只有在某些特定的模式下，才能实现前视成像，如发射机和接收机有各自独立的飞行轨迹，不能重合，目标点在接收机航迹线沿地面的投影线上；运动误差会极大地影响双基地SAR的前视成像结果，必须进行运动补偿，但是，双基地SAR前视成像的运动补偿分析复杂，相应的补偿技术和方案实施难度很大；现有的算法中，对双基地SAR前视成像结果的几何校正是不完善的，对几何变形的类型和变形量没有完整的理论分析；由于接收机和发射机置于不同的平台上，导致收发分置。因此，双基地SAR前视成像面临着一系列收发系统同步问题，包括时间同步、空间同步和频率同步。2.单脉冲前视成像方法。单脉冲成像的基本思想是利用足够高的距离分辨率分辨出目标上的主要散射体，然后利用单脉冲测角技术获得散射点偏离波束中心的角度，进而用于目标定位。尽管单脉冲测角在理论上具有很高的测量精度，但是在实际应用中，往往存在以下的局限性在复杂形状目标相对雷达运动时，会引起目标视在中心与目标实际中心的偏离，产生角闪烁现象，制约了成像质量；单脉冲前视成像技术无法对同一距离单元内的不同散射中心分别测角，只能得到等效散射点的位置，降低了测角精度；当同一波束内存在多个目标时，测角精度会急剧下降甚至无法准确检测出目标的位置，特别是当某一距离单元内的波束方位范围中存在两个或多个能量相似的目标时，测角精度尤为低下；单脉冲前视成像中，每个测角坐标平面通常都要采用两个独立的接收支路，即方位平面内的两个支路和俯仰平面内的两个支路，系统复杂。3.实孔径解卷积前视成像方法。是将雷达传感器输出的回波信号在方位域视为发射信号与目标角度信息的卷积，在距离域视为发射信号与目标距离向信息的卷积，因此理论上可以通过解卷积的方法得到目标的准确位置信息。这种方法操作简单，无需进行运动补偿，系统计算分析难度小。但是，在解卷积过程中也会存在一定的问题单通道解卷积容易产生病态解，且算法要求较高的信噪比，当信噪比小于30dB时，目标分辨效果较差；为了减小病态效应的影响，Berenstein等人发展了多通道解卷积技术，用于线性移不变系统的信息重建，可使部分解卷积问题转化为良态，但是并非所有的卷积器集合满足强互质条件， 当多通道不能满足强互质条件时，解卷积后信噪比仍会大大降低，因此，多通道解卷积技术的使用也存在很大的局限性。
发明内容
本发明的目的在于针对上述已有的前视成像问题的不足，提出了一种基于子空间投影的实孔径前视成像方法，以实现机载雷达前视高分辨成像，降低噪声干扰，提高主瓣内邻近目标的分辨精度。本发明的技术方案是首先对地面监视区域进行顺序重叠扫描，获取雷达回波数据；然后提取回波数据的强度矢量；最后利用一种基于子空间投影的阵列高分辨方法对回波强度矢量进行处理，实现机载雷达前视高分辨成像，其具体步骤包括如下(I)通过雷达波束的等间距发射，对地面监视区域进行顺序重叠扫描，获取雷达回波数据Y ；(2)对回波数据Y进行取模运算，提取其强度矢量X :x=|Y (k) I,其中，I · I表示取模运算，k= 1，2，...，K，K表示回波数据的长度；(3)求取回波强度矢量X的自相关矩阵Rx Rx = E [XXs],其中，X表示回波强度矢量，(，^表示共轭转置，Ε[·]表示期望值；(4)对自相关矩阵Rx进行特征分解，将其分解为特征值和特征向量的乘累加形式
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；=1其中，Aj表示第j个特征值，Vj表示第j个特征向量，(·)H表示共轭转置，j = 1，2，...，N，N表示特征值的数目；(5)将特征值按升序排列 λ1= λ2 = ... = λΝ_ρ 彡 λΝ_ρ+1彡··· ( λΝ，并相应地调整特征向量顺序为=V1, V2, , vN_p，vN_p+1，, vN，用前N-P个小特征值对应的特征向量构成噪声子空间En En = [v1； V2, , vN_p],其中，P表示信号的数目，N表示特征值的数目；(6)定义方向图搜索矢量集合a a = [aj]，其中，表示第i个方向图搜索矢量，i = 1，2，...，2M，M表示方向图搜索矢量的长度；
权利要求
1.一种基于子空间投影的实孔径前视成像方法，包括如下步骤(1)通过雷达波束的等间距发射，对地面监视区域进行顺序重叠扫描，获取雷达回波数据Y ；(2)对回波数据Y进行取模运算，提取其强度矢量X:X = |Y(k) |，其中，I · I表示取模运算，k= 1，2，...，K，K表示回波数据的长度；(3)求取回波强度矢量X的自相关矩阵RxRx = E [XXs]，其中，X表示回波强度矢量，(· )H表示共轭转置，E[ ·]表示期望值；(4)对自相关矩阵Rx进行特征分解，将其分解为特征值和特征向量的乘累加形式Rx=Z^其中，λ ^表示第j个特征值，'表示第j个特征向量，(《^表示共轭转置，j = 1， 2，...，N，N表示特征值的数目；(5)将特征值Aj按升序排列A1=A2 = ... = λΝ_ρ彡λΝ_ρ+1彡··· ( λΝ，并相应地调整特征向量顺序为ν1; ν2, , vN_p, vN_p+1, . . . , vN,用前N-P个小特征值对应的特征向量构成噪声子空间En En — [v I j V2J · · ·，vN_p]，其中，P表示信号的数目，N表示特征值的数目；(6)定义方向图搜索矢量集合a: a = [aj]，其中，Bi表示第i个方向图搜索矢量，i = I，2，...，2M，M表示方向图搜索矢量的长度；
全文摘要
本发明公开了一种基于子空间投影的实孔径前视成像方法，主要解决飞行轨迹正前方目标的高分辨成像问题。其检测过程为1)等间距发射雷达波束，对地面监视区域进行顺序重叠扫描，获取雷达回波数据；2)通过取模运算，提取回波数据的强度矢量；3)求取回波强度矢量的自相关矩阵；4)对自相关矩阵进行特征分解；5)用小特征值对应的特征向量构造噪声子空间；6)定义方向图搜索矢量；7)将方向图搜索矢量投影到噪声子空间上；8)计算空间谱函数的峰值；9)根据空间谱函数峰值的数目确定信号的个数，实现前视成像。本发明具有提高主瓣内邻近目标分辨精度的优点，可用于机载雷达监视系统实现航迹线方向目标检测与识别的成像领域。
文档编号G01S7/41GK102608598SQ201210072599
公开日2012年7月25日 申请日期2012年3月19日 优先权日2012年3月19日
发明者何嘉懿, 刘笑菲, 夏桂琴, 廖桂生, 曾操, 杨凯新, 杨志伟 申请人:西安电子科技大学