一种实波束雷达迭代最小均方误差角超分辨方法
【专利摘要】本发明公开了一种实波束雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，克服了传统实波束雷达方位向角分辨率低的问题。通过建立方位回波信号的最小均方误差目标函数并求解，利用方位信号功率和协方差矩阵的计算关系构建迭代表达式，该方法通过迭代计算使对方位目标的估计逐步逼近真实目标位置，实现实波束雷达的方位角超分辨。
【专利说明】一种实波束雷达迭代最小均方误差角超分辨方法
【技术领域】
[0001]本发明属于雷达【技术领域】，具体涉及实波束扫描雷达角超分辨。
【背景技术】
[0002]实波束雷达由于不受平台运动模式的限制能够广泛用于目标追踪、地形回避和海上救援等军用和和民用领域。
[0003]实波束雷达波束在方位上均匀地扫描被探测区域，并获取目标在空间方位上的反射信息。作为一种常用的雷达工作体制，实波束雷达不受平台运动模式制约，在民用和军用领域都有着广阔的应用前景。然而实波束雷达的角分辨率主要由雷达孔径决定，孔径越大，分辨率越高。而实际应用中，受平台尺寸和制作工艺限制，实波束雷达的孔径是有限的。因此，实波束雷达的角分辨率往往不能满足各类应用的需求。
[0004]提高雷达的角分辨率能够改善目标探测和追踪精度，提高地形识别的能力和海上救援能力，对实现精确制导、飞行器行进轨迹中的复杂地形规避等具有重要的意义。
[0005]对于规则运动的平台，可以采用合成孔径的技术来形成虚拟的大孔径，从而获得高的角分辨率。文献:01iver C J.Synthetic - aperture radar imaging[J].Journal ofPhysics D:Applied Physics, 1989,22(7):871.,利用规则运动平台与侧视成像区域内目标的相对运动所产生的二阶多普勒相位，使用匹配滤波技术实现方位向角高分辨，然而对于平台运动前视或后视区域，以及静止或不规则运动平台，该方法不适用。
[0006]单脉冲技术是另一种适用于运动平台模式的方位向角超分辨方法，该技术基于和差波束测角原理，可以应用于平台前视和后视区域。文献:《机载雷达单脉冲前视成像算法》(《中国图象图形学》2010，15(3):P462 -469)采用单脉冲测角技术进行方位向角超分辨成像。然而该技术只适用于孤立强点目标，对于存在多个散射中心，特别是多个散射中心分布于单个实波束内的情况，单脉冲处理会导致严重的角闪烁现象出现。
[0007]反卷积方法是第三种适用于运动平台模式的方位向角超分辨方法，该技术利用成像区域内噪声与目标的统计特性构建目标函数，通过求解并构造迭代公式，实现对原始目标的高角分辨复原。文献:Daolin Z, Yulin H, Jianyu Y.Radar angular superresolut1nalgorithm based on Bayesian approach[C]//Signal Processing (ICSP), 2010 IEEE10th Internat1nal Conference on.1EEE, 2010:1894 - 1897.米用反卷积方法进行方位向角超分辨处理，但是该方法对噪声敏感，只适用于高信噪比环境，当回波信号信噪比较低时，方位向角超分辨性能显著下降。
[0008]对于静止平台，逆合成孔径技术是实现方位角超分辨的一种有效方法。文献:Prickett M J,Chen C C.Principles of inverse synthetic apertureradar/ISAR/imaging[C]//EASCON'80 ；Electronics and Aerospace SystemsConference.1980，1:340 -345.，利用了静止平台与运动目标之间切向运动所产生多普勒相位实现方位角高分辨，然而该方法不适用于静止目标高分辨探测。
【发明内容】
[0009]本发明的针对上述问题，提出了一种实波束雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，解决了实波束雷达方位向角分辨率低的技术难题，而且通过迭代处理，在低信噪比环境下仍然能够实现对噪声有效抑制，防止虚假目标的出现。
[0010]本发明提供的一种实波束雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，具体包括以下步骤:
[0011]S1:成像系统二维回波生成，具体包括以下步骤:
[0012]Sll:对回波进行相干解调:
【权利要求】
1.一种实波速雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，其特征在于，包括: S1:成像系统二维回波生成，具体包括以下步骤: 511:对回波信号进行相干解调:
其中，s(t，τ)表示回波相干解调信号，rect(.)表示距离时间窗，α (.)表示方位时间窗，t表示距离向时间变量，τ表示方位向时间变量，λ表示发射信号波长，Rtl表示运动平台与目标之间的距离，Ka表示发射信号的时间调频斜率，c表示光速山表示发射信号个数，Q1表示第I个发射信号时天线的指向位置，σ 1表示幅度参数； 512:扫描雷达成像区域的方位时间向量Ta为:
Ta = [-PRI.Na/2, -PRI.(Na/2-l)，…，PRI.(Na/2_1)]； 其中，PRI表不表不脉冲重复间隔，Na表不回波信号方位向米样点数； 513:扫描雷达成像区域的距离时间向量I；为:
Tr = [-l/fr.Nr/2, -l/fr.(Nr/2-l)，...，l/fr.(Nr/2-l)]； 其中，fr表示距离向采样率，Nr表示回波信号距离向采样点数； 52:回波数据距离向脉冲压缩，具体包括以下分步骤: 521:对回波信号进行距离向脉冲压缩处理，通过距离向FFT得到距离向频域、方位向时域的回波信号S(?；，τ):
522:构造距离向匹配滤波函数H(f；):
523:将H(f；)与回波信号相乘得到距离压缩后的距离向频域、方位向时域的回波信号S1 (fr, τ ):
524:对S1 (fr, τ )进行距离向IFFT变换得到二维时域信号S2 (t, τ ):
53:实波束雷达方位向信号建模，得到方位向回波信号向量7为: y = Η( Θ )f+n ； 其中，Η( θ )表不方向矩阵，f表不方位向离散目标的幅度信息，η表不附加噪声向量； 所述方位向回波信号向量y = Ly1,..., yj ； 所述方位向离散目标的幅度信息f = [f1； - ,fN]； 54:构造最小均方估计，具体包括以下分步骤:S41:针对方位回波信号，构造KXN维的加权矩阵w，求最优加权矩阵: minE {| f-wHy |2}； 其中，E{.}表示均值计算，(.)H表示矩阵或者向量的共轭转置，I.I2表示向量各元素的平方和； S42:得到目标函数关于加权矩阵的最优解:
W= (Η( θ )ΡΗ( Θ )H+Rn)^H( θ )P 其中，H( θ )PH( Θ )H表不信号的协方差矩阵，
表不信号
功率谱矩阵，Rn为噪声协方差矩阵； S42:求解出关于方位目标的估计值f;
S5:迭代最小均方估计，通过构建迭代表达式以实现方位目标的精确估计； f0+1 = (H(O)P0H(O)^Rn)-1H(O)Pk7;NJ 0 ° 其中σ表示迭代次数，
S6:判断迭代是否收敛； S7:实波束角超分辨成像。
2.根据权利要求1一种实波速雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，其特征在于，所述I e+j ，所述(? 所述σ,,為
3.根据权利要求1一种实波速雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，其特征在于，S3所述方向矩阵
其中，h( Θ n)表不方向向量，[hi, h2,...，hD] e Rixi为天线方向图序列，D表不一个波束宽度的采样点数，K表示方位向采样点数，D表示单个波束采样点数。
4.根据权利要求3—种实波速雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，其特征在于，K =N+D-1。
5.根据权利要求4一种实波速雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，其特征在于，所述方位向采样点数
其中，PRF表示脉冲重复频率，ω表示扫描速度，Φ表示扫描范围。
6.根据权利要求5—种实波速雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，其特征在于，所
述单个波束采样点数
7.根据权利要求1一种实波速雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，其特征在于，所述信号功率谱矩阵
8.根据权利要求1 一种实波速雷达迭代最小均方误差角超分辨方法，其特征在于，所述步骤S6判断迭代是否收敛，具体判断方法为:给定一个极小值ε作为阀值，当且仅当相邻两次迭代结果L+1与f。满足下式收敛条件时，判定迭代收敛，即
f o+l_f O I ￡ 当连续两次迭代结果lt+1-f。！ > ε时返回步骤五继续进行迭代计算，直到满足fo+1-fo I 彡 ε 为止; 其中，σ表示迭代次数。
【文档编号】G01S7/41GK104166129SQ201410415712
【公开日】2014年11月26日 申请日期:2014年8月22日 优先权日:2014年8月22日
【发明者】张寅 , 黄钰林, 邓敏, 王园园, 武俊杰, 杨建宇 申请人:电子科技大学