一种高分辨距离像的获取方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及一种高分辨距离像的获取方法，属于雷达技术领域。
【背景技术】
[0002] 雷达一般采用脉冲压缩技术实现距离上的高精度分辨，从而获得高分辨一维距离 像（HRRP)。具有较大时宽与带宽积的信号可以兼顾能量与距离分辨力。如何进一步采用提 高距离上的分辨率对于采用一维距离像进行目标识别具有重要意义。当系统的设计带宽一 定，分辨率越高，从一维距离像提取到的目标特征就越多。对于目标识别而言，更多的特征 意味着更好的识别效果。
[0003] 目前的距离维的超分辨技术一般采用MUSIC方法、Prony方法等，这些方法的缺点 在于模型的使用需要实现定阶。定阶即确定模型的阶数，这对于未知目标特性而言无法实 现。而传统的脉冲压缩或者Dechirp技术往往由于分辨能力受到限制而达不到理想的性 能。因此采用合适的技术实现距离上的高分辨性能具有重要意义。
【发明内容】
[0004] 本发明针对调频连续波发射的雷达，提供了一种高分辨距离像的获取方法，采用 Dechirp技术实现接收连续波信号向频域变换，并利用Capon方法实现目标散射点在距离 上的分辨，从而获得目标的高分辨HRRP。
[0005] 为达到上述目的，本发明采用的技术方案如下：
[0006] -种高分辨距离像的获取方法，包括以下步骤：
[0007] (1)发射调频连续波信号，
[0008] 雷达发射线性调频连续波信号s (t)，具有如下形式：
[0009] s (t) = exp {j (2 n f〇t+0. 5 μ t2)} (I)
[0010] 其中，f。为载频，t为时间变量，μ为带宽与脉宽的比，exp{j( · )}为复数表示；
[0011] ⑵接收回波信号，
[0012]
(2)
[0013] 其中，y(t)为回波信号，N表示散射点个数，τ i为第i个散射点的时延，a i为散 射点复包络，n(t)为高斯白噪声；
[0014] (3)进行 Dechirp 处理，
[0015] Dechirp处理采用如下核函数u (t)实现：
[0016] u (t) = exp {-j2 n (f〇t+0. 5 μ t2)} (3)
[0017] 对回波信号y(t)进行Dechirp变换形式如下：
[0018]
(4)
[0019] 其中，z(t)为y(t)经Dechirp变换后得到的信号，[·Γ表示共辄运算；
[0020] (4)采用Capon谱计算HRRP，得到：
[0021] (6)：
[0022] 其中，P为高分辨距离像，
[0023] Α(ω) = Ea(CO0)ja(CO1), ...，a(coK J]，《⑷=Il…e"'lr，CO1 为第 i 个 离散角频率，K为离散角频率的个数，
[0024] [ · ]τ为转置运算，[· ] H表示共辄转置，
[0025] R为信号z(t)的自相关矩阵，采用下式计算：
[0026] R = E [VVH] (7)
[0027] 式（7)中，Ε[·]为数学期望，向量V具有如下形式：
[0028] (S)
[0029] 其中，L 为采样点数，ζ (-L+1)，ζ (-L+2)，……，z (0)，ζ (1)，……，ζ (Μ-1)为经过 Dechirp处理的信号ζ (t)的离散时间序列，M为时延。
[0030] 本发明用于雷达高分辨一维距离像形成，由于引入的Capon方法不用事先定阶等 处理，具有良好的应用前景。
【附图说明】
[0031] 图1为本发明的高分辨距离像获取方法流程图；
[0032] 图2为本发明的实施例采用常规的Dechirp处理获得的HRRP性能；
[0033] 图3为本发明的实施例采用本发明的Dechirp+Capon方法获得的HRRP性能。
【具体实施方式】
[0034] 现结合附图和【具体实施方式】对本发明作进一步详细说明。
[0035] 本发明的采用线性调频连续波发射信号，结合Dechirp变换与Capon技术实现距 离维高分辨一维距离像的原理框图如图1所示。
[0036] 该方法包含步骤主要如下：
[0037] (1)发射调频连续波信号
[0038] 雷达发射线性调频连续波信号s (t)，具有如下形式：
[0039] s (t) = exp {j (2 n f〇t+0. 5 μ t2)} (I)
[0040] 其中，f。为载频，t为时间变量，μ为带宽与脉宽的比，exp{j( · )}为复数表示， 设调频连续波的调制周期为T。
[0041] ⑵接收回波信号 CN 105137426 A 仇叱卞> 3/4 页
[0042]
(2)
[0043] 其中，y(t)为回波信号，N表示散射点个数，τ i为第i个散射点的时延，a i为散 射点复包络，n(t)为高斯白噪声。
[0044] (3)传统的 Dechirp 处理
[0045] Dechirp技术采用如下核函数u⑴实现：
[0046] u (t) = exp {-j2 n (f〇t+0. 5 μ t2)} (3)
[0047] 对回波信号y(t)进行Dechirp变换形式如下：
[0048]
_(4)
[0049] 其中，z(t)为y(t)经Dechirp变换后得到的信号，[·Γ表示共辄运算。
[0050] 传统的Dechirp处理采用傅里叶变换求取距离频谱，距离频谱可以直接与距离门 对应：
[0051]
(?)
[0052] 式中，υ(ω)为距离频谱，ω为模拟角频率。
[0053] (4)距离维Capon谱计算
[0054] 在本发明中不采用式（5)的傅里叶变换的方法求取距离维的频率而计算HRRP，而 采用Capon谱估计计算HRRP，该方法可以利用Capon谱的高分辨性能提高HRRP的分辨率：
[0055] (6)
[0056] 式中，P为高分辨距离像，
[0057] Α(ω) = [a(co0)，a(Wl)，…，Ei(Co i),…，a(coK 丄)]，(i =〇, 1，……，K-l)，ω i为第i个离散角频率，K为离散角频率的个数，
[0058] [ · Γ为转置运算，[· ] H表示共辄转置，
[0059] R为信号z(t)的自相关矩阵，采用下式计算：
[0060] R = E [VVH] (7)
[0061] 式（7)中，Ε[·]为数学期望，向量V具有如下形式：
[0062]
(8)
[0063] 其中，L 为采样点数，ζ (-L+1)，ζ (-L+2)，……，z (0)，ζ (1)，……，ζ (Μ-1)为经过 Dechirp处理的信号ζ (t)的离散时间序列，M为时延。
[0064] 现通过计算机仿真验证本发明方法的效果。仿真的目标存在两个散射点，散射点 所处的距离门位置分别为88,96,两个散射点系数的强度分别为0.6e Xp{-jl.4}和1。发射 调频连续波的调频带宽为50MHz，采样率为200MHz，调频周期20 μ s，信噪比30dB。观察的 距离门取200个，Capon算法自相关矩阵维数取值为512。采用常规的Dechirp处理获得的 HRRP如图2所示，两个散射点并未明显的分开。采用本发明的Dechirp+Capon方法获得的 HRRP见图3所示，可见本发明方法可以有效地区分两个散射点，具有更好的特征提取能力。
【主权项】
1. 一种高分辨距离像的获取方法，其特征在于，包括以下步骤： (1) 发射调频连续波信号， 雷达发射线性调频连续波信号S (t)，具有如下形式： s (t) = exp {j (2nf〇t+0. 5 y t2)} (I) 其中，fc为载频，t为时间变量，y为带宽与脉宽的比，exp {j( ? )}为复数表示； (2) 接收回波信号，其中，y(t)为回波信号，N表示散射点个数，T1为第i个散射点的时延，a为散射点 复包络，n(t)为高斯白噪声； (3) 进行Dechirp处理， Dechirp处理采用如下核函数u (t)实现： u (t) = exp {-j2n(f〇t+0. 5 y t2)} (3) 对回波信号y(t)进行Dechirp变换形式如下： z(/)-其中，z(t)为y(t)经Dechirp变换后得到的信号，[?]$表示共辄运算； (4) 采用Capon谱计算HRRP，得到：其中，P为高分辨距离像， △ (?) =[&(?。)，&(?1)，一，&(^1)]，《(?,.>= [16'~#_|]「》?;为第；[个离散角频率，K为离散角频率的个数， [? ]T为转置运算，[? ] H表示共辄转置， R为信号z(t)的自相关矩阵，采用下式计算： R = E [VVH] (7) 式（7)中，E[_]为数学期望，向量V具有如下形式：其中，L 为采样点数，z (-L+1)，z (-L+2)，......，z (0)，z (1)，......，z (M-I)为经过 Dechirp 处理的信号z (t)的离散时间序列，M为时延。
【专利摘要】本发明公开了一种高分辨距离像的获取方法，针对调频连续波发射的雷达，采用Dechirp技术实现接收连续波信号向频域变换，并利用Capon方法实现目标散射点在距离上的分辨，从而获得目标的高分辨HRRP。本发明方法可用于雷达高分辨一维距离像形成，由于引入的Capon方法不用事先定阶等处理，具有良好的应用前景。
【IPC分类】G01S13/89
【公开号】CN105137426
【申请号】CN201510481993
【发明人】王峰, 蒋德富
【申请人】河海大学
【公开日】2015年12月9日
【申请日】2015年8月7日