一种基于强度关联的微波凝视高分辨成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于强度关联的微波凝视高分辨成像方法，该方法通过联合微波辐射场与所接收散射回波的二阶强度关联，使得原本耦合在一起的目标信息分离开来，从而在凝视情况下重构高分辨目标像；与随机辐射场一阶分布相比，其观测空间不同位置二阶强度分布的时间变化率大幅减小，因此该成像方法可有效消除微波一阶关联成像中的辐射场相位敏感问题，并极大地降低关联成像对硬件系统同步误差的要求，为微波凝视关联高分辨率成像雷达的实际工程应用提供了一条可行的途径。

【技术实现步骤摘要】
一种基于强度关联的微波凝视高分辨成像方法
本专利技术涉及雷达技术、遥感观测及精确制导
，尤其涉及一种基于强度关联的微波凝视高分辨成像方法。
技术介绍
传统的雷达成像技术，如合成孔径雷达(SAR)、逆合成孔径雷达(ISAR)，其高分辨率成像都在观测平台与目标之间存在相对运动情况下，通过提高信号带宽及利用多普勒信息来获得。利用多普勒信息需要一定的时间积累，实时性很差，此外，目标与雷达的相对运动状态常常具有不确定性，而很好地解决目标的运动补偿工程实现上较为困难。实孔径雷达成像技术具有实时成像、不需要对目标进行运动补偿的优点，因此，可以解决凝视成像的问题。但是由于天线波束效应的影响，实孔径雷达成像对固定观测目标的角分辨力受到天线波束宽度的限制，要获得高的方位向分辨率，需要增大天线阵列的横向孔径，导致阵列规模过大、造价过于昂贵。经典微波雷达成像方式从经典的电磁场出发，利用麦克斯韦方程，把电场和磁场当做位置和时间的可测量函数，不涉及场的相干、非相干或者部分相干的概念。在光学上，“光学鬼成像”利用了非相干光场强度的时空统计涨落特性，通过光学强度的二阶空间关联进行目标的高分辨成像，突破了传统的衍射极限。关联的光分别输入不同的线性光学系统，称为取样系统和参考系统，待成像物体放置在取样系统中，通过取样和参考系统的符合测量，物体的空间分布以非定域的形式再现在参考系统中。在统计光学里，光和电磁场有着类似的性质，因此，把光学上的强度关联成像引入微波成像中，多相位中心时、空随机辐射源辐射的随机电磁信号，所形成的时、空随机辐射场(电磁场的振幅，相位，频率)在时间和空间上具有变化和涨落，利用电磁场的统计特性，对辐射场和散射场进行一阶关联处理，可以实现微波凝视成像。现有的微波一阶辐射场凝视关联成像处理中需要用到一阶辐射场的相位信息，时、空随机微波辐射场具有较高的时间统计变化率，一阶辐射场样本与不同时刻的散射场回波的直接关联难以精确同步；并且，在微波高频的情况下，相位信息对成像系统的收发同步误差以及天线阵列的空间构型误差非常敏感，在工程实现时会遇到很大的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于强度关联的微波凝视高分辨成像方法，可以消除相位敏感，并极大地降低关联成像对硬件系统同步误差的要求，为微波凝视关联高分辨率成像雷达的实际工程应用提供了一条可行的途径。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种基于强度关联的微波凝视高分辨成像方法，其特征在于，该方法包括：将构建的时、空随机辐射源置于目标观测区域中形成时、空随机辐射场；计算并存储所述时、空随机辐射场的场强信息，以及接收散射场回波的场强信息；将时、空随机辐射场的场强信息与散射场回波的场强信息进行场强强度关联处理，实现目标强度散射信息的解耦；从而在凝视情况下，重构目标图像。进一步的，所述构建的时、空随机辐射源为由多阵元、多相位中心辐射构成的雷达天线阵列；雷达天线阵列在空间上满足非均匀、无规律的随机分布，且辐射的信号是非相关的随机信号；同一雷达天线在不同时刻的发射信号之间是相互正交的，且不同雷达天线同一时刻发射信号之间也是相互完全正交的；发射正交信号相关函数满足：其中，分别为第i和第j个雷达天线在时刻t发射的随机信号波形，S*表示数学领域的复共轭，分别为第i和第j个雷达天线的空间位置矢量，τ为信号任意的延迟时间，δ(i-j,τ)为冲击响应函数。进一步的，所述计算并存储所述可预置的时、空随机辐射场的场强信息，以及接收散射场回波的场强信息包括：所述时、空随机辐射源在目标观测区域中形成时、空随机辐射场，所有不同分辨单元瞬时辐射场强度分布构成一个时、空二维矩阵，利用成像系统通过辐射场演算模型对辐射场强度分布的二维矩阵向量进行预置、演算和存储；所述时、空随机辐射场与观测目标相互作用形成散射场回波，利用接收机所接收的不同采样时刻散射场强度构成一维矩阵向量。进一步的，将所述观测目标区域被离散化为N个目标分辨单元，其中N＝P×Q，P为目标区域的横向分辨单元数，Q为目标区域的纵向分辨单元数，观测目标后向散射系数向量矩阵为其中，为第n个目标分辨单元位置矢量，n＝1,2,...,N，为目标分辨单元处后向散射系数；则上述时、空随机辐射源在t时刻目标观测空间形成的随机辐射场表示为：其中，k＝1,2,...K，K为所述辐射源的雷达天线阵列天线总数，为第k个雷达天线的空间位置矢量，表示第k个雷达天线的幅度、相位方向图空间因子，c为光速；目标空间随机辐射场的瞬时强度分布定义为：其中，表示随机辐射场复共轭；将总的成像观测时间T划分为M个观测采样时刻，则目标观测区域中随机辐射场强度分布构成的时、空二维矩阵向量为：其中，第m行第n列Irad(tm,rn)表示第m个采样时刻tm目标分辨单元处的瞬时辐射场强度分布，m＝1,2,...,M；接收机位置矢量处的目标回波散射场分布表示为：则接收的散射场回波瞬时强度定义为：其中，表示接收机位置矢量处的目标回波散射场的复共轭；由此得到对应M个离散观测时刻散射场回波强度所构成的一维矩阵向量表示为：进一步的，所述将时、空随机辐射场的场强信息与散射场回波的场强信息进行场强强度关联处理，实现目标强度散射信息的解耦；从而在凝视情况下，重构目标图像包括：根据时、空随机辐射场的传播方程，接收的二阶散射场回波强度方程表示为离散化矩阵形式：其中，为第n个目标分辨单元位置矢量，n＝1,2,...,N；表示观测目标后向散射系数向量矩阵，为目标分辨单元处后向散射系数；表示第m个采样时刻tm，处的随机辐射场与处的随机辐射场做复数乘积后取实部运算；上式中，散射场回波强度由两部分贡献构成，第一部分表示入射辐射场强度的线性叠加，第二部分交叉项表示入射辐射场的一阶相关性的影响；当时、空两维随机辐射场的随机统计特性满足一阶理想或近理想随机特性时，则在积累足够次数后，第二部分的影响趋于零，表示为：对时、空随机辐射场的场强信息与散射场回波的场强信息进行场强强度关联处理，强度信息的关联反映了两者之间的二阶时、空统计特性，通过关联散射场回波强度信号与时、空随机辐射场强度信息进行解耦处理，从而使得原本耦合在一起的目标信息分离开来，从而在凝视情况下，重构目标图像，其公式为：上式中，表示恢复的观测目标后向强度散射信息，表示重构算法。进一步的，在收、发分置方式下，接收机为单点探测器；在收、发共置方式下，接收机为单通道或多通道接收机。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，通过联合微波辐射场与所接收散射回波的二阶强度关联，使得原本耦合在一起的目标信息分离开来，从而在凝视情况下重构高分辨目标像；与随机辐射场一阶分布相比，其观测空间不同位置二阶强度分布的时间变化率大幅减小，因此该成像方法可有效消除微波一阶关联成像中的辐射场相位敏感问题，并极大地降低关联成像对硬件系统同步误差的要求，为微波凝视关联高分辨率成像雷达的实际工程应用提供了一条可行的途径。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的一种基于强度关联的微波凝视本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于强度关联的微波凝视高分辨成像方法，其特征在于，该方法包括：将构建的时、空随机辐射源置于目标观测区域中形成时、空随机辐射场；计算并存储所述时、空随机辐射场的场强信息，以及接收散射场回波的场强信息；将时、空随机辐射场的场强信息与散射场回波的场强信息进行场强强度关联处理，实现目标强度散射信息的解耦；从而在凝视情况下，重构目标图像。

【技术特征摘要】
1.一种基于强度关联的微波凝视高分辨成像方法，其特征在于，该方法包括：将构建的时、空随机辐射源置于目标观测区域中形成时、空随机辐射场；计算并存储所述时、空随机辐射场的场强信息，以及接收散射场回波的场强信息；将时、空随机辐射场的场强信息与散射场回波的场强信息进行场强强度关联处理，实现目标强度散射信息的解耦；从而在凝视情况下，重构目标图像；其步骤如下：根据时、空随机辐射场的传播方程，接收的二阶散射场回波强度方程表示为离散化矩阵形式：其中，为第n个目标分辨单元位置矢量，n＝1,2,...,N；表示观测目标后向散射系数向量矩阵，为目标分辨单元处后向散射系数；表示第m个采样时刻tm，处的随机辐射场与处的随机辐射场做复数乘积后取实部运算；为目标观测区域中随机辐射场强度分布构成的时、空二维矩阵向量，第m行第n列表示第m个采样时刻tm目标分辨单元处的瞬时辐射场强度分布，m＝1,2,...,M；上式中，散射场回波强度由两部分贡献构成，第一部分表示入射辐射场强度的线性叠加，第二部分交叉项表示入射辐射场的一阶相关性的影响；当时、空两维随机辐射场的随机统计特性满足一阶理想或近理想随机特性时，则在积累足够次数后，第二部分的影响趋于零，表示为：对时、空随机辐射场的场强信息与散射场回波的场强信息进行场强强度关联处理，强度信息的关联反映了两者之间的二阶时、空统计特性，通过关联散射场回波强度信号与时、空随机辐射场强度信息进行解耦处理，从而使得原本耦合在一起的目标信息分离开来，从而在凝视情况下，重构目标图像，其公式为：上式中，表示恢复的观测目标后向强度散射信息，Isca表示M个离散观测时刻散射场回波强度所构成的一维矩阵向量，表示重构算法。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述构建的时、空随机辐射源为由多阵元、多相位中心辐射构成的雷达天线阵列；雷达天线阵列在空间上满足非均匀、无规律的随机分布，且辐射的信号是非相关的随机信号；同一雷达天线在不同时刻的发射信号之间是相互正交的，且不同雷达天线同一时刻发射信号之间也是相互完全正交的；发射正交信号相关函数满足：其中，分别为第i和第j个雷达天线在时刻t发射的随机信号波形，S*表示数学领域的复共轭，分别为第i和第j个雷达天线的空间位置矢量，τ为信号任意的延迟时间，δ(i-j,τ)为冲击响应函数。3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算并存储可预置的时、空随机辐射场的场强信息，以及接收散射场回波的场强信息包括：所述时、空随机辐射源在目标观测区域中形成时、空随机辐射场，所有不同分辨单元瞬时辐射场强度分布构成一个时、空二维矩阵，利用成像系统通过辐射场演算模型对辐射场强度分布的二维矩阵向量进行预置、演算和存储；所述时、空随机辐射场与观测目标相互作用形成散射场回波，利用接收机所接收的不同采样时刻散射场...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭圆月，王东进，陆广华，刘发林，孟青泉，刘波，
申请(专利权)人：中国科学技术大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34