基于最大信杂噪比准则的ISAR高分辨成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于最大信杂噪比准则的ISAR高分辨成像方法，在杂波和噪声环境中实现对目标ISAR成像，获得聚焦良好的ISAR二维图像。方案包括：宽带线性调频信号获取目标与环境信息；基于最大信杂噪比准则对感知信息的信号进行波形优化，并设计接收滤波器；使用优化波形与接收滤波器，得到优化波形回波；构造优化波形回波的距离向字典，对目标距离像稀疏重构；构造优化波形回波的方位向字典，对目标方位像稀疏重构，得到目标的ISAR二维成像结果。本发明专利技术使用最大信杂噪比准则优化发射波形，再对目标稀疏重构，在杂波与噪声环境实现了聚焦良好的ISAR二维高分辨成像，有更好的杂波抑制效果，用于杂波与噪声环境下对目标ISAR二维成像。

ISAR high resolution imaging method based on maximum signal to noise ratio criterion

The invention discloses an ISAR high-resolution imaging method based on the maximum signal-to-noise ratio criterion, realizes ISAR imaging of targets in clutter and noise environment, and obtains well-focused ISAR two-dimensional images. The scheme includes: acquiring target and environment information from broadband LFM signal; optimizing the waveform of the sensing signal based on the maximum signal-to-noise ratio criterion and designing the receiving filter; using the optimized waveform and the receiving filter to get the optimized waveform echo; constructing the range Dictionary of the optimized waveform echo to get the target distance. Image sparse reconstruction; Construct the azimuth Dictionary of optimized waveform echo, and reconstruct the target azimuth image sparsely to get the ISAR two-dimensional imaging results of the target. The method uses the maximum signal-to-noise ratio criterion to optimize the transmission waveform, and then sparsely reconstructs the target, realizes two-dimensional high-resolution ISAR imaging with good focusing in clutter and noise environment, and has better clutter suppression effect, and is used for two-dimensional ISAR imaging of the target in clutter and noise environment.

【技术实现步骤摘要】
基于最大信杂噪比准则的ISAR高分辨成像方法
本专利技术属于雷达
，更进一步涉及最大信杂噪比设计波形的高分辨二维ISAR成像，具体是一种基于最大信杂噪比准则的ISAR高分辨成像方法，可用于复杂电磁环境下对目标高分辨ISAR成像。
技术介绍
传统雷达发射的波形是固定的，没有充分利用环境信息来设计发射波形，使得雷达对复杂电磁环境下目标的成像性能受到了限制。随着电子技术和雷达信号处理技术的发展，先进的雷达系统利用以知识为基础的信号和数据处理技术，通过先验知识自适应的改变自身的特性。在这样的背景下，加拿大学者SimonHaykin在2006年正式提出了认知雷达的概念，认知雷达应运而生。认知雷达可以通过各种先验知识自适应的询问信道信息，并且构建相应的波形库，进而根据不同的环境智能的发射不同的波形。认知雷达利用环境和目标等相关的信息，来设计并发射雷达最优波形，使雷达系统能够适应日益复杂多变的电磁环境，从而提高雷达系统的性能。GuoD,ShamaiS,VerduS等人在其发表的论文“Mutualinformationandminimummean-squareerrorinchannels”(IEEETransactionsonInformationTheory,2005,51(4):1261-1282)中在高斯白噪声的背景下，利用最小均方差准则和互信息理论之间的关系来优化认知雷达发射波形。HaykinS,XueY等人在其发表的论文“Optimalwaveformdesignforcognitiveradar”(AsilomarConferenceonSignals,SystemsandComputers,2008:3-7)中以信噪比作为约束条件，利用内点法来最大化目标与回波之间的互信息，以此来设计认知雷达最优发射波形。胡旭，贾鑫等人在其发表的论文“基于最大信噪比准则的认知雷达波形优化算法”(舰船电子对抗.2013,36(3):59-62)中针对雷达回波信号中信噪比的问题提出了基于最大信噪比的认知雷达波形优化算法，此算法提高了认知雷达回波的信噪比，从而提高了认知雷达对目标的检测概率。以上设计方法都只考虑了噪声对回波的影响，没有讨论杂波的影响，不能抑制空间中的杂波。RICA.ROMERO等人在其发表的论文”TheoryandApplicationofSNRandMutualInformationMatchedIlluminationWaveforms”(IEEETransactionsOnAerospaceAndElectronicSystems,2011:vol.47,No.2)中针对在复杂电磁环境中目标回波受到环境干扰的问题，提出了基于最大信杂噪比波形优化方法，基于最大信杂噪比的波形优化方法分析匹配滤波器输出信噪比和发射波形的关系，并利用最大信噪比准则设计发射波形，它能够使匹配滤波器输出信杂噪比达到最大。但是这种方法设计的波形是基于信号检测，直接将这种优化波形用于ISAR成像虽然能有效抑制杂波与噪声，但存在旁瓣较高导致图像聚焦效果不好的问题。综上所述，现有波形优化方法大都通过设计发射波形抑制噪声，没有考虑到杂波的影响，并无抑制杂波的效果。而现有杂波抑制方法都是基于信号检测的波形优化，直接使用这些优化波形来对目标进行ISAR成像会存在图像聚焦效果不好的问题。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提出一种能够更好地抑制杂波和图像聚焦效果更好的基于最大信杂噪比准则的认知ISAR高分辨成像方法。本专利技术是一种基于最大信杂噪比准则的认知ISAR高分辨成像方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)感知目标与环境信息：认知逆合成孔径雷达感知目标与目标所在的环境信息，获取目标冲击响应的频谱G(f)，噪声功率谱密度Pn(f)，杂波功率谱密度Pc(f)，其中f表示频率；(2)基于最大信杂噪比准则优化发射波形：利用雷达感知得到的环境与目标信息，根据最大信杂噪比准则对感知信息的宽带线性调频信号进行优化，获得优化后的发射波形s和接收滤波器h；(3)获取优化波形回波信号：认知逆合成孔径雷达发射优化后的发射波形s，将接收到的回波信号通过接收滤波器h，得到优化波形回波矩阵Sr，Sr维数为Nr×Na，Nr为距离单元数，Na为方位单元数；(4)生成优化波形回波的距离向字典：对优化波形回波进行距离向稀疏建模，生成优化波形回波的距离向字典，该字典矩阵为ψr，ψr维数为Nr×Q，Q为将场景距离向离散化之后对应的网格个数，取Q＞Nr，ψr＝[sr1,…srq,…,srQ]为纵坐标网格上所有散射点位置对应优化波形回波向量构成的矩阵，为第q个散射点对应优化波形回波构成的向量，维数为Nr×1，t为快时间，c为光速，Rq第q个散射点的距离，q∈[1,Q]为散射点序号；(5)使用优化波形回波矩阵Sr对目标距离像稀疏重构：首先利用稀疏重构的方法对单个方位单元的优化波形回波求解其距离像，同样方法再对所有方位单元的优化波形回波进行距离像稀疏重构，集合所有方位单元的优化波形回波的距离像得到目标距离像矩阵S1；(6)生成优化波形回波的方位向字典：对优化波形回波进行方位向稀疏建模，生成优化波形回波的方位向字典，该字典矩阵为ψa，ψa维数为Na×P，P为将场景方位向离散化之后对应的网格个数，取P＞Na，为多普勒网格上所有可能频点对应优化波形回波向量构成的矩阵，p∈[1,P]为频点序号，其中PRF为脉冲重复频率，tm为由慢时间排成的列向量；(7)使用优化波形回波重构的目标距离像矩阵S1对目标方位像稀疏重构：首先利用稀疏重构的方法对优化波形回波重构距离像的单个距离单元求解其方位像，同样方法再对优化波形回波重构的所有距离单元进行方位像稀疏重构，集合形成所有距离单元的方位像，得到优化波形回波重构的目标ISAR二维高分辨成像矩阵S3，完为成对目标的基于最大信杂噪比准则的认知ISAR高分辨成像。在传统ISAR回波信杂噪比较低导致不能对目标ISAR成像的情况下，本专利技术能够实现对目标ISAR二维高分辨成像，获得聚焦良好的ISAR二维图像。与现有技术相比，本专利技术具有如下优点：传统雷达发射固定的波形，没有利用目标与环境信息，在复杂电磁环境下回波信杂噪比低，雷达系统性能不好，本专利技术充分利用认知雷达获取的目标与环境信息，采用最大信杂噪比的方法对雷达发射波形进行优化，使用这种发射波形可以提高目标回波的功率，抑制杂波的功率，提高了回波的信杂噪比，解决了在复杂电磁环境下，杂波和噪声导致传统雷达回波信杂噪比较低的问题，能够有效抑制环境中的杂波与噪声。本专利技术对优化波形回波进行距离向和方位向稀疏建模，提出了基于最大信杂噪比准则优化波形回波的距离向字典和方位向字典的构造方法，使用优化波形回波通过稀疏重构的方法分别对目标进行距离像与方位像稀疏重构，进而得到目标的ISAR二维高分辨成像。这种对优化波形回波使用稀疏重构方法得到的ISAR成像结果相比于使用匹配滤波法得到的ISAR成像结果有更良好的图像聚焦效果，这是因为优化波形存在主副瓣比降低的问题导致了使用匹配滤波法得到的ISAR成像结果聚焦效果较差。附图说明图1是本专利技术的实现流程图；图2是目标等效散射中心分布图；图3是本专利技术优化前发射波形ISAR二维成像结果图；图4是本发本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于最大信杂噪比准则的ISAR高分辨成像方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)感知目标与环境信息：认知逆合成孔径雷达感知目标与目标所在的环境信息，获取目标冲击响应的频谱G(f)，噪声功率谱密度Pn(f)，杂波功率谱密度Pc(f)，其中f表示频率；(2)基于最大信杂噪比准则优化发射波形：利用雷达感知得到的环境与目标信息，根据最大信杂噪比准则对感知信息的宽带线性调频信号进行优化，获得优化后的发射波形s和接收滤波器h；(3)获取优化波形回波信号：认知逆合成孔径雷达发射优化后的发射波形s，将接收到的回波信号通过接收滤波器h，得到优化波形回波矩阵Sr，Sr维数为Nr×Na，Nr为距离单元数,Na为方位单元数；(4)生成优化波形回波的距离向字典：对优化波形回波进行距离向稀疏建模，生成优化波形回波的距离向字典，该字典矩阵为ψr，ψr维数为Nr×Q，Q为将场景距离向离散化之后对应的网格个数，取Q＞Nr，ψr＝[sr1,…srq,…,srQ]为纵坐标网格上所有散射点位置对应优化波形回波向量构成的矩阵，

【技术特征摘要】
1.一种基于最大信杂噪比准则的ISAR高分辨成像方法，其特征在于，包括有如下步骤：(1)感知目标与环境信息：认知逆合成孔径雷达感知目标与目标所在的环境信息，获取目标冲击响应的频谱G(f)，噪声功率谱密度Pn(f)，杂波功率谱密度Pc(f)，其中f表示频率；(2)基于最大信杂噪比准则优化发射波形：利用雷达感知得到的环境与目标信息，根据最大信杂噪比准则对感知信息的宽带线性调频信号进行优化，获得优化后的发射波形s和接收滤波器h；(3)获取优化波形回波信号：认知逆合成孔径雷达发射优化后的发射波形s，将接收到的回波信号通过接收滤波器h，得到优化波形回波矩阵Sr，Sr维数为Nr×Na，Nr为距离单元数,Na为方位单元数；(4)生成优化波形回波的距离向字典：对优化波形回波进行距离向稀疏建模，生成优化波形回波的距离向字典，该字典矩阵为ψr，ψr维数为Nr×Q，Q为将场景距离向离散化之后对应的网格个数，取Q＞Nr，ψr＝[sr1,…srq,…,srQ]为纵坐标网格上所有散射点位置对应优化波形回波向量构成的矩阵，为第q个散射点对应优化波形回波构成的向量，维数为Nr×1，t为快时间，c为光速，Rq第q个散射点的距离，q∈[1,Q]为散射点序号；(5)使用优化波形回波矩阵Sr对目标距离像稀疏重构：首先利用稀疏重构的方法对单个方位单元的优化波形回波求解其距离像，同样方法再对所有方位单元的优化波形回波进行距离像稀疏重构，集合所有方位单元的优化波形回波的距离像得到目标距离像矩阵S1；(6)生成优化波形回波的方位向字典：对优化波形回波进行方位向稀疏建模，生成优化波形回波的方位向字典，该字典矩阵为ψa，ψa维数为Na×P，P为将场景方位向离散化之后对应的网格个数，取P＞Na，为多普勒网格上所有可能频点对应优化波形回波向量构成的矩阵，p∈[1,P]为频点序号，其中PRF为脉冲重复周期，tm为由慢时间排成的列向量；(7)使用优化波形回波重构的目标距离像矩阵S1对目标方位像稀疏重构：首先利用稀疏重构的方法对优化波形回波重构的单个距离单元的距离像求解其方位像，同样方法再对优化波形回波重构的所有距离单元的距离像进行方位像稀疏重构，集合形成所有距离单元的方位像，得到优化波形回波重构的目标ISAR二维高分辨成像矩阵S3，完成对目标的基于最大信杂噪比准则的认知ISAR高分辨成像。2.根据权利要求1所述的基于最大信杂噪比准则的ISAR高分辨成像方法，其特征在于，步骤(2)中所述的获得优化后的发射波形和接收滤波器，包括有如下步骤：(2a)以最大信杂噪比准则求出最优发射波形的频谱，最优发射波形的频谱其中α1为由发射信号能量限制的常数；(2b)将感知信息的宽带线性调频信号s0(t)傅里叶变换到频域，得到S0(f)，对S0(f)按式进行幅度调制得到优化后雷达发射波形的频谱S1(f)；(2c)以最大信杂噪比...

【专利技术属性】
技术研发人员：白雪茹，陈鑫康，王樾，李小勇，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61