机载正前视扫描雷达角超分辨方法技术

本发明专利技术公开一种机载正前视扫描雷达角超分辨方法，根据阵列天线功率方向图和实波束雷达功率方向图的等价关系，建立扫描雷达方位向回波与阵列信号处理的映射；并根据映射矩阵计算最小二乘估计得到阵列信号的自相关矩阵，采用多重信号分类方法对自相关矩阵计算谱函数，得到超分辨结果；本发明专利技术的方法适用于多个强点目标，并可以在物理孔径一定的情况下对目标进行超分辨；同时，本发明专利技术的方法利用单次回波数据即可完成对自相关矩阵的映射，在低信噪比时具有更低的估计方差。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达成像，特别是机载正前视扫描雷达方位向角超分辨。
技术介绍
雷达正前视成像，是指获取平台正前方区域的地物分布信息。发展运动平台载雷 达正前视成像能力，有利于提高飞行员对远方地形的判断和识别以及平台的自主导航能 力，提高平台的侦察、监视、定位和识别能力，以及可以实现空投地点的准确定位，对于自 主着陆、自主导航及前视侦察等领域具有重要的意义。目前，在运动平台载雷达对地面成像的过程中，主要是通过发射大带宽信号和脉 冲压缩技术获得距离向高分辨，利用雷达平台相对地面目标的方位向运动引起的多普勒频 率变化提高方位向分辨率，如合成孔径雷达（SAR)，多普勒波束锐化（DBS)技术等，而当天 线波束正前视时，成像区地面目标回波多普勒频率梯度几乎为零，方位分辨率急速下降，形 成传统SAR或DBS成像的盲区。 针对机载正前视雷达成像，特别是其中如何提高方位分辨率的问题，文 南犬"Blair ff D,Brandt-Pearce M. Monopulse DOA estimation of two unresolved Rayleigh targets '，·（Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on, 2001，37(2) :452-469.)中采用单脉冲技术进行方位向处理，该技术基于单脉冲测角 原理，主要适用于单个强点目标的定位，虽然对特定条件下的两点目标有效，但对于存在 多散射中心的复杂目标环境下，将会出现严重的角闪烁现象；文献"J.Guan，J. Yang，Y. Huang,and ff.Li, "Maximum a posteriori-based angular superresolution for scanning radar imaging'，(Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on， vol. 50, no. 3, pp. 2389 - 2398, 2014)提出一种贝叶斯框架下的最大后验解卷积方法，利用 回波和噪声的统计特性建立最大似然目标函数，通过迭代实现原始目标场景的复原。将该 方法应用到机载正前视扫描雷达超分辨成像上，能够实现高信噪比下目标高分辨成像。但 对于同一波束内多个点目标，该方法对方位向目标的分辨率改善有限，并且该方法对噪声 敏感，估计方差较大，在低信噪比时出现虚假目标；文献"Superresolution for Scanning Antenna"(Radar Conference, 1997, IEEE National，pp:306_308)提出了一种SMUSIC算法， 这种方法利用多次扫描得到的回波的对其二阶统计特性进行估计，并采用子空间方法对目 标进行超分辨，但是这种方法依赖于目标个数的先验信息，并且需要对目标区域进行多次 扫描，不适合实时机载雷达成像。
技术实现思路
本专利技术为解决上述问题，提出一种，通过建立 扫描雷达方位向回波与阵列信号处理中自相关矩阵的映射，将扫描雷达角超分辨问题转化 为阵列信号超分辨问题，并采用多重信号分类方法对目标进行估计，该方法适用于多个强 点目标，并可以在物理孔径一定的情况下对目标进行超分辨。 本专利技术的技术方案为：，通过建立机载正视扫 描雷达回波和阵列信号自相关矩阵的映射，对阵列信号自相关矩阵采用多重信号分类方法 进行目标估计。 进一步的，包括以下步骤： Sl :将扫描雷达回波映射到阵列信号自相关矩阵； S2 :采用多重信号分类方法进行角超分辨。 更进一步的，所述步骤Si具体包括以下分步骤： Sll :根据阵列信号的空域匹配滤波输出功率得到阵列天线方向图； S12 :根据扫描雷达天线方向图和阵列天线方向图的等价关系，得到映射矩阵； S13:根据映射矩阵计算最小二乘估计得到阵列信号的自相关矩阵。 进一步地，步骤S12所述等价关系基于扫描雷达天线方向图的主瓣宽度与阵列天 线方向图的主瓣宽度相等。 进一步的，所述步骤S2具体包括以下分步骤： S21 :对阵列信号的自相关矩阵进行特征分解，并按照从大到小对特征值进行排 序； S22 :根据公式计算使得yb最大的b值，得到信源值b，具体公式如下： yb=Ab/Ab+1， 其中，b = 1，2, "·，Μ-2,入力λ b+1表示特征值； S23 :根据信源值b划分得到信号子空间Us与噪声子空间U N，具体为：将特征值 λ i，λ 2，…，Ab所对应的特征向量组成信号子空间Us，将特征值λ b+1，λ b+2，…，λ ^对 应的特征向量组成噪声子空间UN; S24 :根据得到的信号子空间Us与噪声子空间U N计算谱函数。 本专利技术的有益效果：本专利技术的，根据阵列天线 功率方向图和实波束雷达功率方向图的等价关系，建立扫描雷达方位向回波与阵列信号 处理的映射；并根据映射矩阵计算最小二乘估计得到阵列信号的自相关矩阵，采用多重信 号分类方法对自相关矩阵计算普函数，得到超分辨结果；本专利技术的方法适用于多个强点目 标，并可以在物理孔径一定的情况下对目标进行超分辨；同时，本专利技术的方法利用单次回波 数据即可完成对自相关矩阵的映射，在低信噪比时具有更低的估计方差。【附图说明】 图1为阵列信号处理示意图。 图2为机载正前视扫描雷达工作示意图。 图3为本实施方式采用的天线方向图。 图4为本实施方式目标分布。 图5为本实施方式目标方位向回波。 图6为本专利技术方法流程示意图。 图7为本实施方式角超分辨结果。【具体实施方式】 为便于本领域技术人员理解本专利技术的
技术实现思路
，下面结合附图对本
技术实现思路
进一 步阐释。 如图1所示为阵列信号示意图，如图2所示为本实施例机载正前视扫描雷达成像 示意图，如图3所示为本实施方式采用的天线方向图，其中平台运动速度V = 100m/s，波束 下视角α =30°，目标回波的主瓣宽度为0w= 3°，天线扫描范围为正前视±8°区域， 扫描速度为《=60°/8，发射信号波长为人=0.03111、带宽为8 = 101抱、调频斜率为心 =2. 5X1013Hz/s的线性调频信号。脉冲重复频率PRF = 1000,方位向采样点数K = 500。 以下阐述中，只考虑某一距离Rc处各方位向上的目标。本实施例设两个同一距离单元上的 等幅目标分别位于方位向-Γ和Γ处。 假设在扫描区域中，每个方位采样点上都有目标存在，令这些目标的位置参数为 Θ = (S1, θ2，…θκ)，幅度参数为〇 = (〇1，〇 2，···，οκ)，则这些目标回波信号经相干解 调后可表不为： 其中，t表示距离快时间，变化范围由发射机到目标的双程距离决定，τ为方位时 间，变化范围为秒，rect( ·)为矩形窗函数，exp( ·)为指数函数，a( Θ k，τ ) 表示τ时刻指向角度为0,的天线方向图函数值。 首先，进行距当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机载正前视扫描雷达角超分辨方法，其特征在于，通过建立机载正视扫描雷达回波和阵列信号自相关矩阵的映射，对阵列信号自相关矩阵采用多重信号分类方法进行目标估计。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：黄钰林，张永超，周小军，王月，王悦，谭珂，李文超，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