一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法技术

本发明专利技术公开一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法，应用于雷达成像领域，利用数字波束形成技术形成多个接收子波束，并使接收波束扫过前视区域时采用“折扇”工作模式，降低前视多普勒模糊区域；同时，通过多波束的回波叠加获得较大的多普勒带宽，提高机载平台大前斜视区域目标方位分辨率，实现了雷达大前斜视区域大范围高分辨成像；本申请提出的方法可用于解决现有多普勒波束锐化技术存在的分辨率和前视成像盲区间的固有矛盾。

A method of radar high resolution imaging based on multibeam scanning

The invention discloses a multi beam scanning radar based on high resolution imaging method, applied to the field of radar imaging, forming technology, forming a plurality of receiving sub beam using digital beam, and the receiving beam by \folding\ mode sweep forward area, reduce the forward-looking Doppler fuzzy region; at the same time, to obtain larger bandwidth by Doppler multi beam echo superposition, improve airborne squint large area target azimuth resolution, realize radar large squint range high resolution imaging; the method proposed can be used to solve the inherent conflict resolution and forward-looking imaging blind existing Doppler beam sharpening technique between.

【技术实现步骤摘要】
一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法
本专利技术属于雷达探测与成像领域，特别涉及一种扫描雷达前视方位向高分辨技术。
技术介绍
雷达利用发射和电磁波，实现目标侦察、监视、定位和识别等功能，其工作频谱宽，相比于光学探测能够在各种不利天气、环境等因素的影响下也可以实现全天时、全天候工作。它的广泛适应性在海洋及水文观测、环境及灾害监视以及陆、海追踪与救援等军用和民用领域具有非常广泛的应用和研究价值。在雷达成像中，实现雷达大前斜视成像对目标侦察、监视、定位、跟踪、敌我目标识别、精确制导具有重要意义。由于载机前视区域的多普勒对称和多普勒变化梯度小等问题，导致很难实现相邻目标的方位高分辨。在文献“ZhengS.X.LIZ.BAO.HighlySquintDBSImaging[J].ModernRadar,2004,1:008.”中，提出了一种大斜视角下的多普勒波束锐化成像方法，利用窄波束扫描，实现机载斜前视区域大范围多普勒波束锐化成像，虽然该方法可以一定程度提高目标方位向分辨率，但窄波束扫过目标点的回波积累时间短，很难实现方位相邻较近的目标分辨，尤其在大前斜视区域，目标多普勒梯度变化率小，更难实现相邻目标的方位分辨。在文献“BaoHRWT,Bao-changZL.ANovelAlgorithmforStitchingDopplerBeamSharpeningImagesBasedonINSInformation[J].JournalofElectronics&InformationTechnology,2012,6:012.”中，提出了一种基于惯导信息的多普勒波束锐化图像拼接算法，其实质是利用方位向全程快速傅里叶变换增加回波相干积累时间，提高多普勒波束锐化方位分辨率，但是使用宽波束将导致波束扫过正前视区域时，由于多普勒对称问题，使得成像结果混叠，影响成像性能。
技术实现思路
本专利技术为解决上述技术问题，提出了一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法，在各时刻，使通过中心轴线的那一个子波束停止工作以降低前视回波多普勒对称范围，而其余波束正常工作，当该子波束扫过正前视区域后，继续工作并接收回波，进而在获得大多普勒带宽实现方位向高分辨的同时又避免了运动平台正前视方向的多普勒对称模糊问题。本专利技术采用的技术方案是：一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法，在扫描时若某时刻，存在有通过中心轴的子波束，则关闭该子波束对应的收发系统；当该子波束通过中心轴即开启该子波束对应的收发系统。进一步地，具体包括以下步骤：S1、将多个按线阵排列的接收天线，通过波束成形技术实现多波束；S2、对多波束进行整体扫描，扫描模式为：当某时刻存在有通过中心轴的子波束，则该子波束停止工作；当该子波束通过中心轴后即回复工作；从而得到多波束回波信号；S3、根据步骤S2得到回波信号，并对该回波信号进行距离向脉冲压缩；S4、对经步骤S3脉冲压缩后的回波信号进行距离向徙动校正；S5、将步骤S4得到的回波信号根据扫描方位划分为为θ1～-θβ/2及θβ/2～θ2两个部分；对左右两侧的回波数据分别执行以下过程：在回波距离—多普勒域中，沿多普勒频率方向，根据目标成像区域的回波多普勒分布范围，截取成像范围内的波束锐化成像结果，即可获得该侧前视成像场景的多普勒波束锐化成像结果；对左右侧成像结果按照目标方位进行拼接，得到整个成像场景在多波束扫描模式下的多普勒波束锐化成像结果。更进一步地，步骤S2所述当某时刻存在有通过中心轴的子波束，则关闭该子波束对应的收发系统；具体为：设定每相邻两个波束中心之间的夹角为θβ，当该时刻存在子波束扫描至前视区域范围内时，关闭该子天线的接收系统。本专利技术的有益效果：本专利技术的一种基于多波束扫描实现雷达前视高分辨的成像方法，将数字波束形成技术用于波束扫描过程中，通过控制子波束的工作状态获得大的多普勒带宽，即当形成的多波束扫过正前视区域时，使波束指向为正前视区域的子波束停止工作，而其余波束正常工作，当该子波束扫过正前视区域后，继续工作并接收回波，进而在获得大多普勒带宽实现方位向高分辨的同时又避免了运动平台正前视方向的多普勒对称模糊问题，该技术在前斜视成像领域具有重要的应用前景。附图说明图1为本申请实施例提供的方案流程图；图2为本申请实施例提供的收发波束在不同时刻的工作状态示意图；图3为本申请实施例提供的天线方向图；其中，图3(a)为单一子波束天线方向图，图3(b)为多波束天线方向图；图4为本申请实施例提供的前视方向多波束扫描雷达几何模型；图5为本申请实施例提供的原始场景的图像；图6为本申请实施例提供的不同方法处理后的成像结果示意图；其中，图6(a)是实波束的成像结果；图6(b)是采用截断奇异值方法处理之后的成像结果；图6(c)是仅使用单个子波束扫描做多普勒波束锐化后的成像结果；图6(d)是使用多波束扫描做多普勒波束锐化后的成像结果。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所示为本专利技术的方案流程图，本专利技术的技术方案为：一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法，在扫描时若某时刻，存在有通过中心轴的子波束，则关闭该子波束对应的收发系统；当该子波束通过中心轴即开启该子波束对应的收发系统。具体包括以下步骤：S1、将多个按线阵排列的接收天线，通过波束成形技术实现多波束；本实施例以双发多收的工作模式对本申请的内容进行说明；具体包含两个发射天线和K个按线阵方式排列的接收天线。各发射天线波束宽度为θT，分别照射前视中心轴线两侧区域，且发射线性调频信号，各接收子波束天线宽度为θβ，相邻接收天线的波束中心指向夹角为θγ，且系统中宏θγ＝θβ。将K个按线阵方式排列的接收天线，通过波束形成技术实现多波束，并对成像区域进行扫描。当各波束天线扫描通过不同指向位置时，控制各个子波束天线的工作状态。收发波束在不同时刻的工作状态分别如附图2所示。S2、对多波束进行整体扫描，扫描模式为：当某时刻存在有通过中心轴的子波束，则该子波束停止工作；当该子波束通过中心轴后即回复工作；从而得到多波束回波信号；其具体扫动工作方式为：图2中外部为虚线的阴影填充区域表示，两个大波束发射天线的照射范围；图中外部实线表示，通过波束形成技术所产生的多波束天线扫描区域。内部单个实线表示子波束接收回波区域；图中内部虚线表示，当某一子波束扫描至前视区域-θβ/2～θβ/2时，将使该子波束停止工作，即关闭该子天线的接收系统，不接收回波信号；图中黑色实点表示前视区域内的点目标，此处定义飞机飞行正前视方向为0°方位角，宽波束扫描的范围在左侧-90°～0°，右侧0°～90°。如图2中所示，多波束在扫动过程中，在A时刻，子波束开始扫描成像区域，此时所有子波束均接收回波；在B时刻，扫描通过中心轴线位置的子波束(时刻B波束1)重新开始工作，而处于前视±θβ/2范围内的子波束(时刻B波束2)停止工作，在剩余子波束(时刻B波束3至波束K)扫描通过中心轴线时，依次停止工作以避免多普勒对称问题；在C时刻，待所有波束扫过前视±θβ/2范围后，所有波束重新处于工作状态。使用上述工作模式进行扫描，在大前斜视范围内尽可能多地保留了场景信息。单一子波束天线方向图如图3(a)所示，通过波束形成技术本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法，其特征在于，在扫描时若当前时刻，存在有通过中心轴的子波束，则关闭该子波束对应的收发系统；当该子波束通过中心轴后即开启该子波束对应的收发系统。

【技术特征摘要】
1.一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法，其特征在于，在扫描时若当前时刻，存在有通过中心轴的子波束，则关闭该子波束对应的收发系统；当该子波束通过中心轴后即开启该子波束对应的收发系统。2.根据权利要求1所述的一种基于多波束扫描的雷达高分辨成像方法，其特征在于，具体包括以下步骤：S1、将多个按线阵排列的接收天线，通过波束成形技术实现多波束；S2、对多波束进行整体扫描，扫描模式为：当某时刻存在有通过中心轴的子波束，则该子波束停止工作；当该子波束通过中心轴后即回复工作；从而得到多波束回波信号；S3、根据步骤S2得到回波信号，并对该回波信号进行距离向脉冲压缩；S4、对经步骤S3脉冲压缩后的回波信号进行距离向徙动校正；S...

【专利技术属性】
技术研发人员：张寅，毛德庆，徐帆云，李昌林，沙连童，吴阳，张永超，黄钰林，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