一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，包括：步骤11：利用宽带信号对目标进行相干探测，采用雷达阵进行接收，并通过与发射信号相匹配的方法对接收数据的信噪比进行提升；步骤12：确定目标的大致尺寸和位置，根据目标的大小和位置对接收雷达阵的接收增益空间分布进行后随机调制，并采用优化方法对后随机调制效果进行优化；步骤13：将后随机调制后的探测数据组成线性方程组，采用优化方法求解线性方程组并得到目标的超分辨率成像结果。通过该发明专利技术可以在低信噪比条件下对目标进行快速超分辨率雷达成像，成像分辨率可以突破衍射极限的限制。

A fast super resolution radar imaging method based on post random modulation

The invention discloses a method based on random modulation fast super resolution radar imaging method, which comprises the following steps: step 11: coherent detection on target using wideband signal, the radar receiving method, and through matching with the transmit signal on the received data, the SNR improvement; step 12: determine the target roughly the size and location according to the size and position of the target distribution of receiving gain space receiving radar array of random modulation, and the optimization method of random modulation effect is optimized; step 13: linear equations composed of randomly modulated detection data will, using super resolution imaging results and optimization method for solving linear equations get the target. The invention can rapidly and super resolution radar imaging at low signal-to-noise ratio, and the imaging resolution can exceed the limitation of diffraction limit.

【技术实现步骤摘要】
一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法
本专利技术涉及雷达成像领域，特别涉及一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法。
技术介绍
现有的雷达成像方法都是先发射探测信号，然后接收目标的散射回波，通过雷达发射阵列或者接收阵列的辐射特性或者基于目标回波的频率变化或者利用时空两维随机辐射信号与目标回波信号之间的相干性对目标的散射系数分布进行重构。雷达成像系统中，发射信号作为先验知识均为已知的。现有的雷达成像方法主要分为两类，一类是相干雷达成像方法，该方法发射和接收均为相干的，通过综合运用发射和接收阵列的辐射特性以及目标与雷达之间的相对运动对目标的散射系数分布进行重构。由于探测过程是相干的，可以通过编码、累积以及分集等方法对探测信号质量进行改善。该类方法的成像分辨率无法突破雷达口径的限制(实孔径或者合成口径)。另一类是非相干雷达成像，该方法发射时空两维随机信号对目标进行照射，用单基雷达(或者相干模式雷达接收阵列)对目标散射回波进行接收，利用随机辐射信号与回波信号之间的相干性对目标散射系数分布进行重构。该方法采用非相干探测流程，因此可以实现超分辨率雷达成像，但无法有效利用附加增益提升探测信号的质量。在实现本专利技术的过程中，发现现有技术至少存在以下问题：上述两种成像方法，相干雷达成像方法无法突破雷达口径对雷达成像分辨率的限制，在利用雷达与目标之间相对运动的过程中，对相对运动需要精确的掌控。非相干雷达成像方法则无法有效提升探测数据的质量，从而无法实现远距离，低信噪比条件下的超分辨率雷达成像。另外，成像速度也是非相干雷达成像需要解决的问题。【
技术实现思路
】本专利技术的目的是提供一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，通过该专利技术可以在低信噪比条件下对目标进行快速超分辨率雷达成像，成像分辨率可以突破衍射极限的限制。本专利技术目的是通过以下技术方案来实现的：一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，包括以下步骤：步骤11：利用宽带信号对目标进行相干探测，采用雷达阵进行接收，雷达阵中每个接收单元的数据单独存储并通过与发射信号相匹配的方法对接收数据的信噪比进行提升；步骤12：确定目标的大致尺寸和位置，根据目标的大小和位置对接收雷达阵的接收增益空间分布进行后随机调制，并采用优化方法对后随机调制效果进行优化；步骤13：将后随机调制后的探测数据组成线性方程组，采用优化方法求解线性方程组并得到目标的超分辨率成像结果。步骤11中，所用宽带信号在频域内是连续分布或者分段连续分布，探测信号为调制信号或者脉冲信号。步骤12中，目标大小通过目标在方位向投影进行估计；目标距离通过与宽带信号编码相对应的解码方式进行时延估计，然后换算出距离。步骤12中，对接收雷达阵的接收增益空间分布进行后随机调制，后随机调制的途径之一是对接收雷达阵的接收相位进行随机化，通过(1)式进行优化：θQ＝argminθ<F(p,θ)F(p,θq)>|q＝1,2,…,Q-1(1)其中，θ＝[θ1,θ2,…,θM]是接收雷达阵的接收相位向量，F(p,θq)是第q次随机调制的结果，Q为调制次数，M为接收雷达阵阵元数量。步骤13中，对于单个接收单元而言，所用宽带探测信号采用整体进行后调制，或者采用对探测信号进行频域分段，在所划分的各个频段内分别进行后调制。步骤13中，后随机调制先产生了多个二次非线性重构数据，再将二次非线性重构数据组成线性方程组；二次非线性重构数据用矩阵表示成如(2)式所示：其中SR为测试数据矩阵，F(Tq,pi)为第Tq次最优后随机调制在pi位置上的接收增益，σ为目标散射系数分布，n为噪声向量。步骤13中，方程组中所用数据的信噪比通过探测信号的编码增益或相干增益进行改善；方程组的求解算法根据目标的先验知识进行优选。相对于现有技术，本专利技术具有以下优点：与现有方法相比，本专利技术的独特之处在于采用后随机调制对相干探测数据进行非线性表征，增加探测信号的表征维度，从而增强探测系统的空间分辨率。具体的，本专利技术中，对目标的探测过程中，接收阵列处于独立相干模式，从而保证了附加增益对接收阵列单元接收信号质量的提升；在相干探测的基础上，通过后随机调制的方法增强了目标的信号特征，从而实现超分辨率成像。因此，该专利技术可以在低信噪比条件下对目标进行快速超分辨率雷达成像，成像分辨率可以突破衍射极限的限制；同时可以实现远距离，低信噪比条件下的动目标超分辨率雷达成像。【附图说明】图1本专利技术所列举实施例的基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法流程图；图2本专利技术所举实例的快速超分辨率雷达成像方法应用场景示意图；图3为本专利技术实施例后调制后接收阵列方向图的相关性结果；图4为本专利技术实施例在0dB信噪比条件下对运动目标的成像结果。【具体实施方式】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。本专利技术一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，包括：基于包含接收阵列(至少包含多于2个阵元)的雷达探测系统，利用宽带信号对目标进行相干探测，每个雷达接收单元的接收数据单独处理储存。依据宽带信号的编码特性通过信号处理的方法提高数据的质量。对目标位置和大小进行初步估计，通过后随机调制对接收阵列的接收增益空间分布在目标处进行优化，目标是多次随机调制效果之间的非线性达到最好。利用高质量探测数据，根据后随机调制建立随机调制矩阵方程。利用优化方法求解随机调制矩阵方程得到目标的超分辨率雷达成像结果。根据对目标探测精度的需求对探测系统进行设置，可以通过后随机调制完成信号带宽与雷达接收口径的高效利用，并能在低信噪比下实现超分辨率成像。如图1所示为本专利技术实施例所提供的基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法的流程图，所述方法具体包括：步骤11：利用宽带信号对目标进行相干探测，采用雷达阵进行接收，每个接收单元的数据单独存储并通过与发射信号相匹配的方法对接收数据的信噪比进行提升；首先完成目标相干探测，对目标的主动照射由单基雷达或者是处于相干模式的发射雷达阵列完成，所发射信号为宽带编码信号；所用宽带探测信号在频域内是连续分布或者分段连续分布的，宽带信号的编码方式根据探测信号的频带占用形式进行相应的设计。接收信号可通过信号处理的方法提升接收数据的信噪比。接收端采用雷达阵列对目标回波信号进行接收，接收信号根据发射信号的调制方法采取相应的方法提高信噪比。在该步骤中，宽带信号可以实调制信号或者脉冲信号。在调制宽带信号下，宽带信号的调制方式的目标是可以在接收端通过信号处理的方式提高接收数据的信噪比，调制方式包括但不限于分段线性调频、随机调幅、随机调相、随机调频，随机跳频等。发射雷达为单基雷达或者雷达阵(处于相干工作模式)，接收雷达必须为雷达阵，阵元数不少于两个。接收端可以采取与发射信号相匹配的方式进行接收，比如分段线性调频信号对应的接收方式为分段线性调频匹配滤波器接收，可以最大限度的提高信号的累积效果，同时可以最大限度的抑制噪声信号的功率。接收雷达阵的每个阵元接收数据需要单独保存。探测信号的质量还可以通过多次测量的方式进行进一步提本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤11：利用宽带信号对目标进行相干探测，采用雷达阵进行接收，雷达阵中每个接收单元的数据单独存储并通过与发射信号相匹配的方法对接收数据的信噪比进行提升；步骤12：确定目标的大致尺寸和位置，根据目标的大小和位置对接收雷达阵的接收增益空间分布进行后随机调制，并采用优化方法对后随机调制效果进行优化；步骤13：将后随机调制后的探测数据组成线性方程组，采用优化方法求解线性方程组并得到目标的超分辨率成像结果。

【技术特征摘要】
1.一种基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤11：利用宽带信号对目标进行相干探测，采用雷达阵进行接收，雷达阵中每个接收单元的数据单独存储并通过与发射信号相匹配的方法对接收数据的信噪比进行提升；步骤12：确定目标的大致尺寸和位置，根据目标的大小和位置对接收雷达阵的接收增益空间分布进行后随机调制，并采用优化方法对后随机调制效果进行优化；步骤13：将后随机调制后的探测数据组成线性方程组，采用优化方法求解线性方程组并得到目标的超分辨率成像结果。2.如权利要求1所述基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，其特征在于，步骤11中，所用宽带信号在频域内是连续分布或者分段连续分布，探测信号为调制信号或者脉冲信号。3.如权利要求1所述基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，其特征在于，步骤12中，目标大小通过目标在方位向投影进行估计；目标距离通过与宽带信号编码相对应的解码方式进行时延估计，然后换算出距离。4.如权利要求1所述基于后随机调制的快速超分辨率雷达成像方法，其特征在于，步骤12中，对接收雷达阵的接收增益空间分布进行后随机调制，后随机调制的的途径之一是对接收雷达阵的接收相位进行随机化，通过(1)式进行优化：θQ＝argminθ<F(p,θ)F(p,θq)>|q＝1,2,…,Q-1(1)其中，θ＝[θ1,θ2,…,θM]是接收雷达阵的接收相位向...

【专利技术属性】
技术研发人员：朱士涛，董晓丽，贺雨晨，张明，施宏宇，张安学，徐卓，
申请(专利权)人：西安交通大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61