一种弹载/机载雷达单脉冲前视成像处理方法技术

本发明专利技术提出一种弹载/机载雷达单脉冲前视成像处理方法，属于信号处理领域，首先通过距离向匹配滤波处理来完成距离向的聚焦处理，实现地面目标的距离向分离，接着，根据雷达平台与目标区域的相对位置关系完成距离徙动校正处理，最后，利用单脉冲测角技术来完成方位向的定位实现方位能量的累积，获得最终的成像处理结果。该处理方法针对雷达载体平台与地面目标之间存在的相对运动现象，通过运动补偿处理来修正雷达载体平台与地面目标之间的相对运动，一方面减小相对运动对测角的影响，另一方面也减轻了后续定位的难度，结合距离向脉压处理、距离徙动校正处理修正测角方法，提高角度测量的精度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于信号处理领域，涉及一种前视成像处理方法，具体涉及。
技术介绍
雷达系统通过向地面发射电磁散射信号，并接收地面目标的后向散射信号来完成对地面目标的探测，在距离向通过脉冲压缩技术来提高距离向的空间分辨率，实现地面目标距离向的分离，在方位向利用地面目标与雷达平台之间相对运动所引起的多普勒频率的变化来提高方位向的空间分辨率。然而，当目标区域处于雷达平台的前方区域，天线波束处于前视状态，目标区域的多普勒调频率几乎为零，其结果导致方位向空间分辨率急剧降低，形成所谓的雷达“盲区”。在这种情况下，地面成像常常采用实波束成像，但这种方法受到天线波束宽度的限制很难获得较高的空间分辨率。 单脉冲技术利用相互交叠的天线波束多路接收信号，通过比较接收信号的参数来获取目标的角度信息，由于具有较高的测角精度，将单脉冲技术引入到机载/弹载雷达对地成像处理过程中，可以显著提高图像的质量，使得某些具有显著特征的目标更为清晰，位置也更为精确，将单脉冲技术引入到前视雷达系统中，突破传统雷达体制中存在的“盲区”，有效提升雷达系统的应用范围，事实上美国的C-230战术运输机的早期APN-241就具备单脉冲前视成像功能。振幅-和差单脉冲测角的基本原理为在一个平面内形成两个具有完全相同方向性函数的波束，且两波束相互交叠，两波束指向偏差小于波束宽度，利用这两个波束同时接收目标的回波信号。由于两波束指向的偏差导致同一目标在两个波束内具有不同的天线增益，将接收信号分别按照相加和相减两种模式形成和波束、差波束两种模式，考虑到差波束与和波束的比值与目标方位向离轴角之间近似线性关系，进而确定目标的方位位置。传统的基于单脉冲测角的前视成像处理直接将单脉冲测角技术引入到前视成像处理，在距离向采用匹配滤波处理技术来完成距离向聚焦处理，然后再将单脉冲测角处理引入方位能量的积累处理过程中，由于在定位处理之间没有考虑雷达平台与目标之间的相对运动增加了目标后续定位处理的难度，同时单脉冲测角处理中的线性近似处理也增加测角误差影响方位能量的积累，降低成像处理效果。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了解决前视雷达成像处理的问题，提出了。该处理方法针对雷达载体平台与地面目标之间存在的相对运动现象，通过运动补偿处理来修正雷达载体平台与地面目标之间的相对运动，一方面减小相对运动对测角的影响，另一方面也减轻了后续定位的难度，结合距离向脉压处理、距离徙动校正处理修正测角方法，提高角度测量的精度。本专利技术，首先通过距离向匹配滤波处理来完成距离向的聚焦处理，实现地面目标的距离向分离，接着，根据雷达平台与目标区域的相对位置关系完成距离徙动校正处理，最后，利用单脉冲测角技术来完成方位向的定位实现方位能量的累积，获得最终的成像处理结果。整个处理算法包含如下步骤步骤一距离向压缩处理在距离向采用匹配滤波处理完成距离向的聚焦处理，实现目标的距离向分离。在实现时首先分别对和通道回波信号和差通道回波信号进行距离向傅立叶变换处理，将和通道回波信号和差通道回波信号转换到距离频域内。在距离频域内乘以距离向补偿因子S1(L)权利要求1.，其特征在于，包括以下几个步骤 步骤一距离向压缩处理； 在距离向采用匹配滤波处理，完成距离向的聚焦处理，实现目标的距离向分离，首先分别对和通道回波信号和差通道回波信号进行距离向傅立叶变换处理，将和通道回波信号和差通道回波信号转换到距离频域内，在距离频域内乘以距离向补偿因子S1 (fT) (I) 其中:fT表示距离向频率；b表示发射信号的调频率；j表示虚数单位； 在距离频域内分别完成和通道回波信号和差通道回波信号与距离补偿因子S1 (fT)的相乘处理，完成距离向二次相位的补偿处理； 步骤二 距离徙动校正处理； 根据雷达平台与目标区域的相对位置关系完成距离徙动校正处理； 方位t时刻雷达天线相位中心与地面目标之间的距离R(t)如下式所示 (2) 其中&表示工作中心时刻雷达天线相位中心与目标区域中心之间的距离；v表示雷达平台的飞行速度表示方位向时间变量淨表示波束前视指向与平台飞行速度之间的夹角； 在距离频域内乘以距离徙动补偿因子32(1，0 (3) 其中R(t)表示方位t时刻雷达天线相位中心与地面目标之间斜距，c表示光速； 在距离频域内分别完成和通道回波信号和差通道回波信号与距离徙动补偿因子S2(fT,t)的相乘处理，实现距离徙动的校正处理，接着进行距离向傅立叶逆变换处理，分别将和通道回波信号和差通道回波信号转换到距离时域内； 步骤三方位向能量累积； 在完成距离向压缩处理和距离徙动校正处理后，不同距离门的目标得到分离，接着进行方位向定位及方位向能量累积，获得最终的成像处理结果； 结合距离向压缩处理和距离徙动校正处理后的和通道回波信号和差通道回波信号，逐像素点比较差和通道接收信号的幅度，并根据差和通道幅度的比值计算得到目标所对应的方位向离轴角勝鲁 (4) K{0) 其中E( 0)表示差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值；上标'表示求导运算；e表示方位向离轴角；fa (e)表示差通道信号天线方向增益；FS (0)表示和通道信号天线方向增益； 结合和差通道的天线方向增益，直接根据式 (5)建立方位向离轴角与差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值之间的映射表，映射表中方位向离轴角的采样精度由系统设计时方位向空间分辨率所决定，保证由于角度采样量化误差所导致的位置偏移小于1/8个分辨单元； 在建立方位向离轴角与差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值之间的映射表后，首先根据差和通道接收信号的幅度的比值，利用式(4)计算得到对应目标的方位向离轴角，接着利用建立的方位向离轴角与差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值之间的映射表来进行修正处理，根据式(4)中计算所得到的方位向离轴角，查表得到对应的差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值，将该比值与差和通道接收信号的幅度的比值进行比较，若该比值小于差和通道接收信号的幅度的比值，按照 设定的步进间隔增大离轴角继续比较，直到查表得到的差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值与差和通道接收信号的幅度的比值达到最接近为止，而所对应的方位向离轴角就是目标的方位向离轴角汽，所述的步进间隔要保证由于角度采样量化误差所导致位置偏移小于1/8个分辨单元； 当确定目标的方位离轴角后，结合该时刻雷达平台的位置和平台的波束指向信息确定目标在图像中的位置，对于方位时刻t而言，目标的方位向位置为X = (x0 + Vt)十尺 sin( (p 十(f>r )fb) 其中X表示目标图像中方位向的位置；X(I表示雷达平台初始时刻的位置；V表示雷达平台的飞行速度4表示方位向的时间变量；R表示目标所在距离门对应的斜距;<p表示波束前视指向与平台飞行速度之间的夹角表示目标的方位向离轴角； 在确定目标的方位向位置的基础上，结合目标所处的距离门位置，确定目标在雷达图像中的位置，将对应和通道图像幅度累加到对应像素区域，当完成所有像素的处理后，得到最终的成像处理结果。全文摘要本专利技术提出，属于信号处理领域，首先通过距离向匹配滤波处理来完成距离向的聚焦处理，实现地面目标的距离向分离，接着，根据雷达平台与目标区域的相对位置关系完成距离徙动校正本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种弹载/机载雷达单脉冲前视成像处理方法，其特征在于，包括以下几个步骤：步骤一：距离向压缩处理；在距离向采用匹配滤波处理，完成距离向的聚焦处理，实现目标的距离向分离，首先分别对和通道回波信号和差通道回波信号进行距离向傅立叶变换处理，将和通道回波信号和差通道回波信号转换到距离频域内，在距离频域内乘以距离向补偿因子S1(fτ)：S1(fτ)=exp{jπfτ2b}---(1)其中：fτ表示距离向频率；b表示发射信号的调频率；j表示虚数单位；在距离频域内分别完成和通道回波信号和差通道回波信号与距离补偿因子S1(fτ)的相乘处理，完成距离向二次相位的补偿处理；步骤二：距离徙动校正处理；根据雷达平台与目标区域的相对位置关系完成距离徙动校正处理；方位t时刻雷达天线相位中心与地面目标之间的距离R(t)如下式所示：其中：R0表示工作中心时刻雷达天线相位中心与目标区域中心之间的距离；v表示雷达平台的飞行速度；t表示方位向时间变量；表示波束前视指向与平台飞行速度之间的夹角；在距离频域内乘以距离徙动补偿因子S2(fτ,t)：S2(fτ,t)=exp{-j4πfτR(t)c}---(3)其中：R(t)表示方位t时刻雷达天线相位中心与地面目标之间斜距，c表示光速；在距离频域内分别完成和通道回波信号和差通道回波信号与距离徙动补偿因子S2(fτ,t)的相乘处理，实现距离徙动的校正处理，接着进行距离向傅立叶逆变换处理，分别将和通道回波信号和差通道回波信号转换到距离时域内；步骤三：方位向能量累积；在完成距离向压缩处理和距离徙动校正处理后，不同距离门的目标得到分离，接着进行方位向定位及方位向能量累积，获得最终的成像处理结果；结合距离向压缩处理和距离徙动校正处理后的和通道回波信号和差通道回波信号，逐像素点比较差和通道接收信号的幅度，并根据差和通道幅度的比值计算得到目标所对应的方位向离轴角：E(θ)=FΔ(θ)FΣ(θ)≈E′(0)θ=FΔ′(θ)FΣ(θ)-FΔ(θ)FΣ′(θ)FΣ2(θ)|θ=0θ=FΔ′(0)FΣ(0)---(4)其中：E(θ)表示差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值；上标′表示求导运算；θ表 示方位向离轴角；FΔ(θ)表示差通道信号天线方向增益；F∑(θ)表示和通道信号天线方向增益；结合和差通道的天线方向增益，直接根据式E(θ)=FΔ(θ)FΣ(θ)---(5)建立方位向离轴角与差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值之间的映射表，映射表中方位向离轴角的采样精度由系统设计时方位向空间分辨率所决定，保证由于角度采样量化误差所导致的位置偏移小于1/8个分辨单元；在建立方位向离轴角与差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值之间的映射表后，首先根据差和通道接收信号的幅度的比值，利用式(4)计算得到对应目标的方位向离轴角，接着利用建立的方位向离轴角与差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值之间的映射表来进行修正处理，根据式(4)中计算所得到的方位向离轴角，查表得到对应的差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值，将该比值与差和通道接收信号的幅度的比值进行比较，若该比值小于差和通道接收信号的幅度的比值，按照设定的步进间隔增大离轴角继续比较，直到查表得到的差通道信号幅度与和通道信号幅度的比值与差和通道接收信号的幅度的比值达到最接近为止，而所对应的方位向离轴角就是目标的方位向离轴角所述的步进间隔要保证由于角度采样量化误差所导致位置偏移小于1/8个分辨单元；当确定目标的方位离轴角后，结合该时刻雷达平台的位置和平台的波束指向信息确定目标在图像中的位置，对于方位时刻t而言，目标的方位向位置为：其中：X表示目标图像中方位向的位置；x0表示雷达平台初始时刻的位置；v表示雷达平台的飞行速度；t表示方位向的时间变量；R表示目标所在距离门对应的斜距；表示波束前视指向与平台飞行速度之间的夹角；表示目标的方位向离轴角；在确定目标的方位向位置的基础上，结合目标所处的距离门位置，确定目标在雷达图像中的位置，将对应和通道图像幅度累加到对应像素区域，当完成所有像素的处理后，得到最终的成像处理结果。FDA000...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王鹏波，何岷，刘月珊，陈杰，杨威，门志荣，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：