一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法技术

本发明专利技术公开了一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，涉及雷达测量领域，该方法通过超分辨成像得到高分辨率的图像信息，近而反演得到高精度的RCS测量值，在阵列三维合成孔径雷达系统中，该方法主要包括如下步骤：（1）初始化参数；（2）获取回波数据；（3）三维超分辨成像；（4）提取散射中心；（5）反演得到目标远场RCS；（6）计算目标RCS的真实值。该方法利用虚拟面阵与发射带宽信号参数得到三维成像的传统分辨率，根据需求对目标场景的采样间隔进行设置，对成像场景进行超分辨采样得到高分辨图像，近而反演得到更加精确的RCS。近而反演得到更加精确的RCS。近而反演得到更加精确的RCS。

【技术实现步骤摘要】
一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法


[0001]本专利技术涉及合成孔径雷达及微波成像
，具体是一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法。

技术介绍

[0002]近年来，对雷达散射截面积(Radar Cross Section，RCS)测量的精度要求越来越高。基于三维成像的RCS测量是近年新兴的一种灵活、高效的测量技术，利用成像技术实现目标与环境分离，大大提高了RCS的测量精度，三维成像的RCS测量可以获得目标散射系数在三维空间中的分布，相比于一维、二维的成像算法，三维成像算法更有利于目标各个部分特征的分别提取，且更有利于消除环境噪声和背景杂波的干扰。但是，基于成像的RCS测量，其成像精度就直接影响RCS的测量精度，而传统成像不可避免存在旁瓣干扰，从而造成RCS的反演会含有一定的误差。为了克服传统成像算法的不足，提高成像分辨率，本专利技术提出一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，该方法能够提高成像分辨率实现超分辨，得到更加精确的RCS。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服传统成像算法分辨率低，无法对目标的RCS进行精确测量的问题，而提供一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，提高成像分辨率，得到高精度的RCS测量结果。
[0004]实现本专利技术目的的技术方案是：
[0005]一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，包括如下步骤：
[0006]1)初始化测量系统参数：
[0007]1‑
1)将测量中心频率，记作f/>c
；发射信号频点数，记作N；λ为测量中心频率对应的波长，采用公式λ＝c/f
c
计算，其中c为光速；发射信号带宽记为B；天线阵列中心距离目标中心的距离记为R；
[0008]1‑
2)设置天线阵元间隔为d，虚拟阵列X向阵元数目EX_num，Y向阵元数目EY_num，确定EX_num
×
EY_num的均匀分布虚拟全阵列；
[0009]1‑
3)根据阵元间隔和阵元数目，采用公式L
x
＝d*EX_num得到X方向的等效阵列长度，采用公式L
y
＝d*EY_num得到Y方向的等效阵列长度；
[0010]1‑
4)待测目标水平方位向分辨率指标，采用公式记作ρ
x
；待测目标垂直方位向分辨率指标，采用公式记作ρ
y
；待测目标距离向分辨率指标，采用公式记作ρ
z
；
[0011]1‑
5)对目标场景进行离散化处理，水平方位向，记为X；垂直方位向，记为Y，距离
向，记为Z，X向、Y向和Z向对应的离散点数目分别为N
x
、N
y
和N
z
，根据需求确定超分辨成像需要提高的分辨率倍数a
x
，a
y
，a
z
，由传统分辨率ρ
x
，ρ
y
，ρ
z
来确定每个目标场景坐标轴对应的离散点间距散点间距散点间距
[0012]2)获取回波数据：在二维平面上通过阵元的移动，等效合成二维的平面阵列，每个阵元通过发射步进频信号来获得回波数据；
[0013]3)三维超分辨成像
[0014]3‑
1)定义一个大小为N
×
EX_numEY_num的矩阵M，其元素为在(0，1)范围内均匀分布的随机数，并且筛选出产生的随机数大于0.91的元素，将对应位置置为1；
[0015]3‑
2)对矩阵M元素求和，得到一个1
×
EX_numEY_num的列向量记为D，表示每个阵元所选用的稀疏频率的个数，对向量D再求和，即为稀疏采样的个数Num；
[0016]3‑
3)初始化矩阵Msense为零矩阵，大小为Num
×
N
x
N
y
N
z
；
[0017]3‑
4)遍历矩阵M，判断如果矩阵M中元素为1时，取出对应位置(i,j)的距离频谱数据，存入向量Q中，Q大小为Num
×
1，并根据j，表示阵元的X坐标与Y坐标；
[0018]3‑
5)遍历目标场景，获得目标点的坐标，R
mn
表示第m个阵元与第n个目标点之间的距离，将获得的回波数据信号存储在矩阵Msense中，表达式为
[0019][0020]其中是一个列向量，表示第m个阵元的所有N个频点对于第n个目标点的相位；
[0021]3‑
6)根据得到的回波数据信号，利用正交匹配追踪算法(Orthogonal Matching Pursuit Algorithm，OMP)对信号进行重构，即完成三维超分辨成像；
[0022]4)提取散射中心
[0023]对目标特征提取，输出为Θ
G
(p')，其中p'表示散射点的位置；
[0024]5)反演目标远场RCS
[0025]利用公式(1)重建散射场，假设阵元位置p在无穷远处，即|p|
→
∞：
[0026][0027]其中，表示从p'指向p的方向向量，p'∈ROI表示三维空间中感兴趣目标范围内的散射点；然后利用公式(2)，通过快速傅里叶变换将单一频率的散射分离出来，单一频率的分离公式为：
[0028][0029]6)计算真实RCS
[0030]将标准散射体的散射系数记为放置的位置记为p”'，其中表示p
‑
p”'的方向，标准体的远场散射场记为通过下述公式(3)计算得到目标的真实RCS：
[0031][0032]本专利技术提供的一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，该方法利用虚拟面阵与发射带宽信号参数得到三维成像的传统分辨率，根据需求对目标场景的采样间隔进行设置，对成像场景进行超分辨采样得到高分辨图像，近而反演得到更加精确的RCS。
附图说明
[0033]图1为本专利技术方法的流程图；
[0034]图2为虚拟阵列与待测物体的位置结构图；
[0035]图3为实施例飞机基于不同频率的雷达散射截面积测量图；
[0036]图4为实施例飞机基于不同角度的雷达散射截面积测量图。
具体实施方式
[0037]下面结合附图和实施例对本
技术实现思路
做进一步阐述，但不是对本专利技术的限定。
[0038]实施例：将图2中待测物体设定为飞机模型，计算飞机模型的雷达散射截面积曲线，具体方法如下：
[0039](1)初始化测量系统参数
[0040]1)测量中心频率，记作f
c
＝2
×
10^9Hz；发射信号频点数，记作N＝100；λ为测量中心频率对应的波长，采用公式λ＝c/f
c
＝3
×
10^8/2
×...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)初始化测量系统参数；2)获取回波数据：在二维平面上通过阵元的移动，等效合成二维的平面阵列，每个阵元通过发射步进频信号来获得回波数据；3)三维超分辨成像；4)提取散射中心：对目标特征提取，输出为Θ
G
(p')，其中p'表示散射点的位置；5)反演目标远场RCS，利用公式(1)重建散射场，假设阵元位置p在无穷远处，即|p|
→
∞：其中，表示从p'指向p的方向向量，p'∈ROI表示三维空间中感兴趣目标范围内的散射点，k为载波波数，t为距离向快时间；然后利用公式(2)，通过快速傅里叶变换将单一频率的散射分离出来，单一频率的分离公式为：其中，ω表示角频率。6)计算真实RCS：将标准散射体的散射系数记为放置的位置记为p"'，其中表示p
‑
p”'的方向，标准体的远场散射场记为通过下述公式(3)计算得到目标的真实RCS：2.根据权利要求1所述的一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，其特征在于，步骤1)中，所述的初始化测量系统参数，具体包括如下步骤：1
‑
1)将测量中心频率，记作f
c
；发射信号频点数，记作N；λ为测量中心频率对应的波长，采用公式λ＝c/f
c
计算，其中c为光速；发射信号带宽记为B；天线阵列中心距离目标中心的距离记为R；1
‑
2)设置天线阵元间隔为d，虚拟阵列X向阵元数目EX_num，Y向阵元数目EY_num，确定EX_num
×
EY_num的均匀分布虚拟全阵列；1
‑
3)根据阵元间隔和阵元数目，采用公式L
x
＝d*EX_num得到X方向的等效阵列长度，采用公式L
y
＝d*EY_num得到Y方向的等效阵列长度；1
‑
4)待测目标水平方位向分辨率指标，采用公式记作ρ
x
；待测目标垂直方位向分辨率指标，采用公式记作ρ
y
；待测目标距离向分辨率指标，采用公式记作ρ
z
...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖可非，任雯欣，王海涛，欧阳缮，张静，李秀平，施兴相，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：