一种太赫兹雷达超高分辨成像方法技术

本发明专利技术属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种太赫兹雷达超高分辨成像方法。太赫兹频段目标散射能量各向异性较为剧烈，而对该类目标成像的通常方法是将大孔径划分为小孔径并对子孔径图像联合成像，子孔径越小孔径内细节越清晰，本发明专利技术的特征在于划分子孔径的过程中采用了基于子孔径互相关系数结合子孔径能量的算法来确定子孔径边界，并且在划分子孔径的方法中采用了将子孔径依次重叠一部分的技术。前者更好地解决了对散射能量各向异性目标采用小孔径子孔径联合成像时的旁瓣散焦问题。后者解决了对散射能量各向异性目标采用小孔径子孔径联合成像时，棱角散射能量被子孔径边缘截断导致的成像细节不完整。

An ultra-high resolution imaging method for terahertz radar

【技术实现步骤摘要】
一种太赫兹雷达超高分辨成像方法
本专利技术属于雷达信号处理
，具体涉及一种太赫兹雷达超高分辨成像方法。
技术介绍
对于散射能量具有各向异性的目标成像时，如果直接利用宽孔径数据相干积累成像，由于散射体的强散射能量仅集中在小部分孔径内会导致目标的信噪比降低进而使目标的棱角模糊。对散射能量具有各向异性目标成像的传统成像方法是：将宽孔径划分为多个固定中心等宽度的子孔径，并基于GLRT成像方法非相关联合这些子孔径图像形成融合图像，并且子孔径宽度越小孔径内细节越清晰。由于太赫兹雷达具有目标散射能量各向异性更加剧烈的缺点，因此太赫兹雷达尤其是用于探测多棱角、多边沿的人造目标的太赫兹雷达应当采用划分子孔径的方法来进行成像。为了更好地应用划分子孔径的成像方法，研究者针对传统划分子孔径的成像方法划分的子孔径没有合适的子孔径中心以及适应不同SAR图像的最佳子孔径宽度，无法保证同一个强散射体的强散射能量回波数据被划分到同一个子孔径中的缺点做出了改进。2009年，中国微波成像技术国家级重点实验室的Q.Li等人采用了对全孔径数据分别采用一个滤波器生成子孔径数据以及采用与散射体的散射特性相匹配的滤波器组生成子孔径数据的方法来提高子孔径图像包含的探测目标细节，并采用基于GLRT成像方法非相关联合成像的方式融合子孔径图像成像。2018年，电子科技大学的刘通采用基于子孔径能量的自适应子孔径划分方法将全孔径划分为多个自适应中心的等宽度子孔径，并采用基于GLRT成像方法非相关联合成像的方式融合子孔径图像成像完成了太赫兹雷达的孔径自适应高分辨成像。然而该技术以子孔径能量为依据划分子孔径仅能实现太赫兹雷达对人造目标的高分辨成像，且成像效果不稳定。原因在于该技术时常能高分辨成像的关键在于将自适应得到的子孔径统一为相同宽度，然而统一子孔径宽度不是太赫兹雷达对人造目标高分辨成像真正的关键原理，该技术能实现高分辨成像是因为该技术统一子孔径宽度的过程中时常偶然实现关键孔径的子孔径相邻重叠。该技术实现依靠一定的偶然性因此成像效果不稳定。同时该技术只对能量较高的子孔径成像其实丢失了挺多的成像细节，无法实现超高分辨成像。并且子孔径能量来划分子孔径，之后再统一子孔径宽度没有将子孔径边界设置在最合理位置，导致该方法没有完全解决小孔径子孔径划分成像的旁瓣散焦问题，成像效果有一定模糊。
技术实现思路
本专利技术的目的，就是针对上述存在的问题及不足，提供一种尤其适用于对散射能量具有各向异性目标太赫兹雷达CSAR成像的超高分辨成像方法。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种太赫兹雷达超高分辨成像方法，其特征在于划分子孔径的过程中采用了基于子孔径互相关系数结合子孔径能量的算法来确定子孔径边界，并且在划分子孔径的算法中采用了将子孔径依次重叠一部分的技术，包括如下步骤：(1)使用太赫兹雷达系统对需要成像的目标进行CSAR数据采集，并将原始数据处理为包含一个圆周孔径回波信息的矩阵文件，其中行表示快时间，列表示慢时间也就是角度：雷达系统数据采集后产生一个矩阵，该矩阵的行数为快时间采样数的两倍，其中前一半行存储快时间回波信号的实部，后一半行存储快时间回波信号的虚部。该矩阵的列数为慢时间采样数。对矩阵进行处理：从该矩阵中截取一个圆周孔径对应的慢时间数，该慢时间数M可以根据雷达系统旋转的角速度ω和雷达系统的脉冲重复频率PRF计算得到。从截取到的矩阵中截取表示快时间回波信号实部的行，并对每一矩阵单元加上对应回波信号的虚部，从而使截取到的矩阵行表示快时间回波复信号。将截取到的矩阵作为用于雷达成像或目标识别的通用回波数据。(2)开始利用回波数据划分子孔径，首先找到圆周孔径中包含强散射能量的角度：首先计算目标散射能量与角度的函数：I(θ,n)和Q(θ,n)分别表示回波信号的实部与虚部，θ表示慢时间方位角度，n，1<n<N表示快时间采样，N为快时间采样数即行数，对于成像场景中仅存在唯一目标的实测数据，目标散射能量与角度的函数表示为：然后计算目标散射能量函数的包络：PHE(θ)＝Interp{LMV[PH(θ)]}(公式3)其中LMV[·]表示提取局部极大值操作，Interp[·]表示插值操作。接着计算强散射能量门限：其中a表示强散射能量门限与平均散射能量的倍率，M为.mat文件的慢时间数。最后挑出具有强散射能量的角度：创建一个可变长数组indivisible来存储强散射能量的角度。遍历PHE(θ)，如果PHE(θ)>ET，则：indivisible(ii)＝θ其中ii表示该慢时间在数组中的下标。(3)根据慢时间的相邻互相关系数划分子孔径区间：首先计算目标互相关系数与角度的函数：依次计算每个角度与相邻角度的互相关系数其中，X、Y分别为.mat文件矩阵相邻的两个列，Cov(X,Y)为X、Y的协方差，Var[X]为X的方差，Var[Y]为Y的方差。然后计算每个角度与相邻角度互相关系数的平均值作为函数值其中由于雷达系统采集的是一个圆周孔径的CSAR回波数据，第一个慢时间和最后一个慢时间视为相邻。然后对目标互相关系数函数求相邻平均：其中2×long+1表示求相邻平均的区间长度。接着计算目标互相关系数函数的包络：MuE(θ)＝Interp{LMV[Mu(θ)]}(公式8)其中LMV[·]表示提取局部极大值操作，Interp[·]表示插值操作。搜索适合作为子孔径边界点的角度：[xPeakMin1,yPeakMin1]＝GetPeakMin(MuE)；[xPeakMin2,yPeakMin2]＝GetPeakMin(yPeakMin1)；thetaMin＝xPeakMin1(xPeakMin2)；其中[A,B]＝GetPeakMin(C)表示一个从函数C中分别找到极小值的横坐标数组A和纵坐标数组B的方法。xPeakMin1,yPeakMin1分别表示函数MuE极小值的横纵坐标数组，xPeakMin2,yPeakMin2分别表示纵坐标数组yPeakMin1中极小值的序号数组和纵坐标数组，thetaMin表示对函数MuE极小值再取极小值的横坐标数组。划分子孔径区间:以数组thetaMin的元素作为划分子孔径的边界点，将圆周孔径划分为多个子孔径区间。得到子孔径区间左边界数组thetal以及子孔径区间右边界数组thetar；(4)根据步骤S2中获得的圆周孔径中包含强散射能量的角度，从步骤S3划分出的子孔径区间中标记出三类子孔径区间：如果子孔径区间中包含强散射能量角度则该区间为第一类子孔径区间，如果子孔径区间位于两个第一类子孔径区间之间并且左右第一类子孔径区间之间的间隔小于子孔径宽度门限则中间的这些子孔径区间为第二类窄子孔径区间，其余子孔径区间为第三类子孔径区间；所述子孔径宽度门限为预设值：创建一个数组flag，元本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种太赫兹雷达超高分辨成像方法，其特征在于，包括如下步骤：/nS1、使用太赫兹雷达系统对需要成像的目标进行CSAR数据采集，并将采集的原始数据处理为一个矩阵，矩阵的行数为快时间采样数的两倍，前一半行用于存储快时间回波信号的实部，后一半行用于存储快时间回波信号的虚部，矩阵的列为慢时间采样数；从矩阵中截取一个圆周孔径对应的慢时间数，获得截取的矩阵，慢时间数M根据雷达系统旋转的角速度ω和雷达系统的脉冲重复频率PRF计算得到：/n

【技术特征摘要】
1.一种太赫兹雷达超高分辨成像方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、使用太赫兹雷达系统对需要成像的目标进行CSAR数据采集，并将采集的原始数据处理为一个矩阵，矩阵的行数为快时间采样数的两倍，前一半行用于存储快时间回波信号的实部，后一半行用于存储快时间回波信号的虚部，矩阵的列为慢时间采样数；从矩阵中截取一个圆周孔径对应的慢时间数，获得截取的矩阵，慢时间数M根据雷达系统旋转的角速度ω和雷达系统的脉冲重复频率PRF计算得到：



从截取的矩阵中截取表示快时间回波信号实部的行，并对每一矩阵单元加上对应回波信号的虚部，使截取的矩阵行表示快时间回波复信号，获得用于雷达成像的回波数据；
S2、利用回波数据划分子孔径，找到圆周孔径中包含强散射能量的角度，具体包括：
S21、令I(θ,n)和Q(θ,n)分别表示回波信号的实部与虚部，θ表示慢时间方位角度，n表示快时间采样，1<n<N，N为快时间采样数即行数，目标散射能量与角度的函数为：



计算目标散射能量函数的包络：
PHE(θ)＝Interp{LMV[PH(θ)]}
其中，LMV[·]表示提取局部极大值操作，Interp[·]表示插值操作；
计算强散射能量门限：



其中，a表示强散射能量门限与平均散射能量的倍率；
获得圆周孔径中包含强散射能量的角度：创建一个可变长数组indivisible来存储强散射能量的角度，遍历PHE(θ)，如果PHE(θ)>ET，则：
indivisible(ii)＝θ
其中ii表示该慢时间在数组中的下标；
S3、基于步骤S1截取的矩阵，根据慢时间的相邻互相关系数划分子孔径区间，具体包括：
S31、依次计算每个角度与相邻角度的互相关系数：



其中，X、Y分别为截取的矩阵中相邻的两个列，Cov(X,Y)为X、Y的协方差，Var[X]为X的方差，Var[Y]为Y的方差，
S32、计算每个角度与相邻角度互相关系数的平均值作为函数值：



对于...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晋，曾梧桐，闵锐，皮亦鸣，曹宗杰，崔宗勇，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51