基于反卷积的雷达角超分辨成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于反卷积的雷达角超分辨成像方法，将雷达角超分辨成像转化成一个复数域上的卷积反演问题，并通过添加约束条件改变卷积反演问题固有的病态性；同时，将卷积反演问题转化成相应的复数域上约束目标函数的最优解的实现问题；再使用实数域上的向量表示复变量，将复数域上的约束目标函数最优解问题转化成实数域上无约束目标函数最优解的实现问题；最后，使用Lagrange乘子法实现实数域上无约束目标函数最优解，实现扫描雷达角超分辨成像。本发明专利技术的方法能够突破天线系统参数对雷达图像分辨率的限制，实现雷达角超分辨成像；成像结果在保持目标幅度、数目、位置信息上具有良好的效果。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种，将雷达角超分辨成像转化成一个复数域上的卷积反演问题，并通过添加约束条件改变卷积反演问题固有的病态性；同时，将卷积反演问题转化成相应的复数域上约束目标函数的最优解的实现问题；再使用实数域上的向量表示复变量，将复数域上的约束目标函数最优解问题转化成实数域上无约束目标函数最优解的实现问题；最后，使用Lagrange乘子法实现实数域上无约束目标函数最优解，实现扫描雷达角超分辨成像。本专利技术的方法能够突破天线系统参数对雷达图像分辨率的限制，实现雷达角超分辨成像；成像结果在保持目标幅度、数目、位置信息上具有良好的效果。【专利说明】
本专利技术属于雷达信号处理
，尤其涉及一种基于反卷积的雷达角超分辨成 像方法。
技术介绍
雷达作为微波成像领域中的重要工具，具有全天时，全天候工作能力，已被广泛应 用于海洋搜救、地形测绘、地质灾害救援等领域。传统的合成孔径雷达（SAR)能够实现侧 视及斜前视区域二维高分辨的成像，但是无法实现雷达平台正前视区域成像。这是因为正 前视区域的等距离线和等多普勒线平行。为了实现雷达前视区域成像，可使用雷达前视波 束扫描的方式。扫描雷达是指雷达波束在方位上均匀或非均匀扫描被探测区域，通过雷达 天线波束掠过场景中目标的时间先后关系，对回波信号的处理，获取目标在前视方位向上 的散射信息，最终达到对被探测区域的超分辨成像。本专利技术提出采用方位向实波束扫描的 方式实现前视区域方位向高分辨。雷达成像的本质是利用观测到的场景散射信息结合信号 处理的方法提高雷达的分辨率，使得分辨单元的尺寸小于被成像的目标尺寸，最终得到目 标的细节信息。本专利技术中提出的方位向信号处理方法正是基于这种思想，通过前视方位向 回波信号的卷积反演实现雷达前视区域角超分辨；在处理距离向回波信号时与传统的SAR 相同，采用脉冲压缩的方式实现距离向高分辨成像。在文献：Gambardella, Attilio, and Maurizio Migliaccio. 〃0n the superresolution of microwave scanning radiometer measurements.''Geoscience and Remote Sensing Letters, IEEE5. 4(2008) :796-800. 和 Migliaccio, Maurizio, and Attilio Gambardella.''Microwave radiometer spatial resolution enhancement."Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on43. 5(2005) :1159-1169.中提出回波信号可等价为发射信号与场景中目标散射系数 的卷积结果。因此，卷积反演的方式可实现雷达角超分辨。然而，卷积反演问题本身 具有的不适定性，使得该问题的求解具有一定的难度。在文献：Richardson, William Hadley. 〃Bayesian-based iterative method of image restoration. 〃J0SA62. 1 (1972) :55-59.和 Lucy, L. B. 〃An iterative technique for the rectification of observed distributions. 〃The astronomical journal79(1974) :745.中提出基于贝叶斯理论下的 卷积反演方法，并被广泛应用于光学图像的超分辨。由于光学成像中无需考虑信号的相位 信息，如果将光学中卷积反演的方法直接应用到微波成像中，将无法使用微波成像中信号 的相位信息会造成角分辨率低，目标幅度信息失真、位置偏移，虚假目标的出现等现象。这 些现象都会影响着雷达成像技术在国民经济领域中的应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是针对
技术介绍
存在的缺陷，提出了一种基于反卷积的雷达角超分 辨成像方法。 本专利技术的技术方案为：一种，具体包括以下 步骤： 步骤一：雷达回波建模， 雷达进行前视扫描时，雷达平台沿X轴正方向运动速度记为V，雷达平台高度记为 H，雷达天线沿Y轴方向扫描角速度记为ω，雷达天线波束俯仰角记为Θ，发射信号载频记 为f。，雷达平台初始位置记为（〇,〇，Η)，脉冲重复时间记为PRI，场景沿距离向（X轴方向） 采样点数记为凡，成像场景回波方位向（Υ轴方向）采样点数记为N a，t时刻雷达平台与场 景中位于（x，y)处目标的距离记为R(x，y，t)，为目标的方位角；雷达发射信号为： 【权利要求】1. 一种，其特征在于，具体包括以下步骤： 步骤一：雷达回波建模， 雷达进行前视扫描时，雷达平台沿X轴正方向运动速度记为V，雷达平台高度记为H，雷 达天线沿Y轴方向扫描角速度记为ω，雷达天线波束俯仰角记为Θ，发射信号载频记为f。， 雷达平台初始位置记为（〇,〇，H)，脉冲重复时间记为PRI，场景沿距离向（X轴方向）采样点 数记为队，成像场景回波方位向（Y轴方向）采样点数记为N a，t时刻雷达平台与场景中位 于（x，y)处目标的距离记为1?0^，〇，^为目标的方位角；雷达发射信号为 ：【文档编号】G01S13/89GK104122549SQ201410348792【公开日】2014年10月29日 申请日期:2014年7月21日 优先权日:2014年7月21日 【专利技术者】黄钰林, 李 杰, 包毅, 邓敏, 李洁洋, 查月波, 杨建宇 申请人:电子科技大学本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于反卷积的雷达角超分辨成像方法，其特征在于，具体包括以下步骤：步骤一：雷达回波建模，雷达进行前视扫描时，雷达平台沿X轴正方向运动速度记为V，雷达平台高度记为H，雷达天线沿Y轴方向扫描角速度记为ω，雷达天线波束俯仰角记为θ，发射信号载频记为fc，雷达平台初始位置记为(0,0,H)，脉冲重复时间记为PRI，场景沿距离向(X轴方向)采样点数记为Nr，成像场景回波方位向(Y轴方向)采样点数记为Na，t时刻雷达平台与场景中位于(x,y)处目标的距离记为R(x,y,t)，为目标的方位角；雷达发射信号为：p(τ)=rect(τTp)·exp(jπkτ2)]]>其中，rect(·)表示矩形函数，Tp表示发射脉冲时宽，k表示调频斜率，τ表示斜距方向快时间；设雷达波束扫描区域为Ω，回波信号可写成下列二维卷积形式：s1(τ,t)=∫∫(x,y)∈Ωσ(x,y)·ωa(t-taTβ)·exp{-j4πfcR(x,y,t)c}·p(τ-2·R(x,y,t)c)dxdy+N1(τ,t)]]>其中，σ(x,y)表示位于(x,y)处目标后向散射系数，ωa表示方位向天线方向图调制，t表示慢时间变量，ta表示方位角a对应的时刻，Tβ表示方位向波束驻留时间，c表示电磁波传播速度，R0表示t＝0时刻天线与目标初始斜距，N1(τ,t)表示原始回声中的噪声；对R(x,y,t)在t＝0时刻进行泰勒展开，得到下列表达式：其中，o(t)表示时间t的高阶无穷小，这里的R(x,y,t)近似表示成步骤二：回波数据距离向脉冲压缩与距离徙动校正，将τ,t分别进行离散化处理，假设表示对s1(τ,t)第mr个快时间，第ma个方位时间的一个离散表示；针对场景Ω中目标后向散射系数σ(x,y)，(x,y)∈Ω，假设表示Ω中，沿斜距方向的第nr个和沿方位向第na个后向散射系数；对于单次采样与的关系可表示成下列解析形式：s1(τmr,tma)=Σna=1NaΣnr=1Nrφ1(mr,ma,nr,na)·σ(xnr,yna)+N1(τmr,tma)]]>其中，φ1(mr,ma,nr,na)=ωa(tma-taTβ)·exp{-j4πfccR(xnr,yna,tma)}·p{τmr-2R(xnr,yna,tma)c},]]>∑表示求和运算；表示与对应的N1(τ,t)在时刻的采样；根据距离向参考时间τref和发射信号的调频斜率k，构造距离向脉压参考信号将pref与进行最大自相关运算，实现在距离向脉冲压缩；脉压后的回波信号可表示为：s2(τmr,tma)=Σna=1NaΣnr=1Nrφ2(mr,ma,nr,na)·σ(xnr,yna)+N2(τmr,tma)]]>其中，表示经过距离向脉压操作后的噪声，φ2(mr,ma,nr,na)=ωa(tma-taTβ)·exp{-j4πfccR(xnr,yna,tma)}·sinc{B[τmr-2R(xnr,yna,tma)c]},]]>B表示发射信号的带宽；场景中的目标在方位时刻t时与雷达平台之间的瞬时距离为：R(xnr,yna,tma)≈R0-Vtma]]>通过雷达平台上的惯导设备准确获取平台运动速度V、时间t，对数据进行尺度变换可得：s3(τmr,tma)=Σna=1NaΣnr=1Nrφ3(mr,ma,nr,na)·σ(xnr,yna)+N3(τmr,tma)]]>其中，φ3(mr,ma,nr,na)=ωa(tma-taTβ)·exp{-j4πfccR(xnr,yna,tmr)}·sinc{B[τmr-2R0c]},]]>表示距离徙动校正过程中引入的噪声和之和；步骤三：雷达角超分辨建模，τ→=[τ1,τ2,...τmr,...τNr],t→=[t1,t2,...tma,...tNa]]]>分别表示快时间和慢时间向量；分别表示场景Ω中沿...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄钰林，李杰，包毅，邓敏，李洁洋，查月波，杨建宇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51