一种实现扫描雷达方位超分辨成像的解卷积方法技术

本发明专利技术公开了一种实现扫描雷达方位超分辨成像的解卷积方法，步骤一、前视扫描雷达回波建模；步骤二、距离向脉冲压缩处理；步骤三、距离走动的判定；步骤四、距离走动的校正；步骤五、扫描雷达方位向回波建模；步骤六、基于最大后验概率准则的卷积反演。有益效果：建立方位回波卷积模型，基于最大后验概率准则，结合先验信息和似然函数，导出算法迭代表达式，重建低频，恢复高频，利用频谱外推的性质得到迭代解,克服噪声和天线低通性质带来的频谱丢失问题，利用非线性运算分离获取了高频成分，实现超分辨成像。并利用频谱外推性质，给出频域谱宽和频域积分旁瓣比对迭代次数的变化趋势图，最后实现卷积反演，反演结果用于实现扫描雷达超分辨成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达成像
，它特别设及扫描雷达方位向超分辨成像方法。
技术介绍
目前，雷达前视高分辨成像技术在军用和民用上都有着广泛的应用需求。实现雷 达平台正前视区域的高分辨成像，可W在对地捜索、对海探测与成像、远距离侦察、物资空 投、地形匹配、对地攻击、地形跟随、飞行器自主着陆、导弹末制导等领域发挥巨大的作用。 雷达前视高分辨成像要求图像在距离向和方位向同时具有高分辨率。距离向高分 辨可通过发射大时宽带宽积的线性调频信号，然后对距离向回波进行脉冲压缩技术处理W 实现距离向的高分辨。而对于方位向，目前技术成熟的合成孔径雷达成像技术和多普勒波 束锐化成像技术均可W实现高分辨成像，但不适用于前视区域。实波束扫描雷达在平台运 动的同时扫描目标场景，利用波束掠过目标的时间先后关系，对回波信号进行处理，可W实 现对雷达平台正前视区域的高分辨成像。 根据扫描雷达成像原理，雷达方位向的分辨能力受到探测距离和天线孔径参数的 制约，探测距离越长，天线尺寸越小，方位分辨率越低。提高实波束雷达方位分辨率最直接 的方法是增加雷达天线尺寸，但是由于雷达体积、重量和其他一些物理因素的制约，无法通 过安装大孔径天线实现方位高分辨。因此，必须通过信号处理的方式突破成像系统固有 的分辨率极限，实现方位高分辨成像。文献"化angY,化aY,化angY,etal.Real-beam scanningradarangularsuper-resolutionviasparsedeconvolution.Geoscienceand RemoteSensingSymposiumQGARS巧，20141 邸EInternational.I邸E, 2014:3081-3084"从 信号处理的角度出发，把实波束雷达方位向回波信号建模成天线方向图与原始场景中目标 方位向散射系数的线性卷积模型。因此可W通过反卷积的方法在图像域重建目标信息。 由于天线系统具有低通特性，加剧了卷积反演问题的病态程度，输入信号通过成 像系统后会丢失能更加准确描述成像场景细节的高频成分。针对该一问题，文献"Weijun C,NanjingL,JiaoD,etal.Investigationonspectrumestimationextrapolation methodofantennameasurement.AntennasandPropagation(ISAP), 2014Internat ionalSymposiumon.I邸E, 2014:9-10"提出了一种基于谱估计的非直接式时域测量 方法，利用频谱外推的性质拓宽了主瓣的宽度，从而提高了时域的分辨率，消除了多径 效应的影响。但是该方法只是应用在天线测量中，未设及恢复图像场景的应用。文献 "ZhaY,HuangY,YangJ,etal.AnimprovedRichardson-Lucyalgorithmforradar angularsuper-resolution.RadarConference, 2014IE邸.I邸E, 2014:0406-0410"提出 了一种改进的化chard-Lucy算法，该方法基于贝叶斯方法进行卷积反演，正则化参数的 引入可W有效的抑制噪声放大，但是该方法需要计算正则化参数，迭代参数选取基于固定 点迭代方法，不能最大程度的拓宽频谱。文献"ZhaY,化angY,SunZ,etal.Bayesian DeconvolutionforAngularSuper-ResolutioninForward-LookingScanning Radar.Sensors, 2015, 15(3) :6924-6946"提出了一种基于贝叶斯理论的反卷积方法，假 设噪声由两个独立的分量组成并设定信号服从拉普拉斯分布，该种方法可w有效的实现方 位向超分辨成像，但是方法设及的正则化参数需要手动选择，具有一定的复杂性。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种将扫描雷达的方位向回波建立为雷达天线 方向图和目标散射系数的卷积模型，然后利用卷积反演的方法实现方位向超分辨成像的实 现扫描雷达方位超分辨成像的解卷积方法。 本专利技术的，包括如下步骤：[000引步骤一、前视扫描雷达回波建模； 步骤二、距离向脉冲压缩处理； 步骤S、距离走动的判定； 步骤四、距离走动的校正； 步骤五、扫描雷达方位向回波建模； 步骤六、基于最大后验概率准则的卷积反演。 优选地，所述步骤一是根据雷达系统的几何关系和信号发射接收的过程，导出前 视条件下场景中目标到雷达天线的距离历史，建立前视回波的时域模型。 优选地，所述步骤一的具体过程为，设发射信号的载频为f。，脉冲重复时间为PRI 的线性调频信号；波束俯仰角为0 ;目标方位角为4 ;载机的速度为V;载机平台与场景中 位于（X，y)点处目标的距离，记为R(t);设场景目标到雷达的初始斜距为拆;经过时间t， 目标到载机平台的瞬时斜距可W表示为： 其中，rect( ?)代表距离向脉冲矩形包络，T是快时间，Tf是脉冲时宽，Kt为调频 斜率。对于成像区域Q，回波可W表示为发射信号与目标的卷积加上噪声的结果，其解析表 达式可W写成：(3)[002U其中，0 (x，y)为点（x，y)处目标的散射函数；《,(?)为天线方位向方向图函数； 口。。是天线方位角初始时刻；Tp是目标在3地天线波束宽度的驻留时间；C是电磁波传播速 度；ni(T，n)为回波中的噪声；对回波进行离散化处理，（1)可W表示为： (4)[002引其中，E是求和运算，N2(t,n)是ni(T,n)的离散化形式。 优选地，所述步骤二是根据脉冲压缩原理，构造距离向脉冲压缩频域参考信号函 数；将回波信号沿距离向进行FFT时域变为频域，在距离频域一方位时域中与参考函数相 乘，再反变换到二维时域中，实现回波信号在距离向的脉冲压缩。 优选地，所述步骤=的判定过程为：根据步骤一中的瞬时距离表达式，成像区域 Q中的点（X，y)在时刻t与雷达平台之间的距离历史可W表示为：(5) 对斜距历史R(t)在t=0处进行泰勒级数展开，可W得到：[002引 斜距历史可W近似为： R(t) ^ R〇-Vtcos 0 cos <1) (7) 可得距离走动量为：[003引AR = VT日cos 0 cos<l)做其中，为波束扫描驻留时间，目bet。为3地波束宽度，《为天线扫描速度； (0 设距离单元为：(9) 其中，f；为距离向采样率；若有直接进入步骤五；若^ >^'需要进 行距离走动校正进入步骤四。 优选地，所述步骤四的校正过程为；对数据g3(T，n)进行尺度变换，在频域上乘 W相位补偿因子，最后再进行距离向上的反变换得到回波的时 域函数，消除距离走动后，回波信号的表达式如下： (10) 其中，N4(t,n)是g3(T，n)进行距离走动校正后引入系统的总噪声。 优选地，步骤五的过程为，在步骤=或四的基础上，建立扫描雷达方位向回波模 型；具体过程如下： 根据步骤一，对距离向和方位向进行了离散处理；其中，场景回波距离向采样点数 记为Nf;方位向采样点数记为N扫描雷达成像区域的方位时间向量记为：Ta= (11) 距离向时间向量记为： Tr= 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种实现扫描雷达方位超分辨成像的解卷积方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一、前视扫描雷达回波建模；步骤二、距离向脉冲压缩处理；步骤三、距离走动的判定；步骤四、距离走动的校正；步骤五、扫描雷达方位向回波建模；步骤六、基于最大后验概率准则的卷积反演。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄钰林，王月，查月波，任建宇，蒲巍，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