[發明專利]一種前向散射雷達地面運動目標信號建模及成像方法

無效

• 申請號: 201010587979.9
• 申請日: 2011-03-15
• 公開（公告）號: CN102129067A
• 公開（公告）日: 2011-07-20
• 發明（設計）人: 曾濤;胡程;李曉良;毛聰;龍騰
• 申請（專利權）人: 北京理工大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

技術領域

本發明涉及一種運動目標前向散射信號建模及成像的信號處理方法，尤其涉及前向散射雷達地面運動目標信號建模及對運動目標側影輪廓進行成像，屬于雷達信號處理技術領域。

背景技術

前向散射雷達(FSR)是一種特殊的雙基地雷達，其工作區域很窄，主要集中于雙基地角大于140度的前向散射區域內。前向散射雷達具有許多獨特的優勢：前向散射的RCS迅速增加，而且與是否涂有吸波涂層無關，具有較強的反隱身能力；雷達結構簡單，功率低；接收信號起伏小，具有較長的相關時間等等。

2000年提出的陰影逆合成孔徑雷達(SISAR)理論為前向散射雷達運動目標成像與識別提供了新的途徑。這種新的成像方法是利用目標的陰影信號對運動目標成像，也稱為SISAR成像技術。獲得的目標像是目標陰影輪廓的中線和高度差，它們的形狀與目標輪廓的真實外形非常相像，可以直觀地對目標進行分類識別。由于目標陰影信號的強弱與目標是否涂有吸波涂層無關，因此SISAR成像技術在識別隱身目標方面獨具優勢。

然而目前的SISAR成像算法是以空中運動目標為研究對象，基于如下假設和近似建立的：1、假設目標尺寸遠大于工作波長，系統工作于光學區，進而采用光學近似的方法；2、假設天線波束很窄，指向空中目標，進而忽略地面反射采用自由空間模型；3、假設收發基線很長，相參積累時間很短，目標始終處于小衍射角區域，忽略了目標多普勒頻率高次分量的影響；4、假設目標近似垂直穿越收發基線，忽略了目標斜穿基線的影響。當上述假設和近似條件不成立時，目前的SISAR成像算法將不再精確，甚至無法使用。

本發明的應用背景是利用前向散射雷達對地面運動目標進行監視與識別。由于前向散射雷達在低空目標和隱身目標檢測識別等方面獨特的優勢，使得地面前向散射雷達系統具有廣泛的應用需求。典型的地面前向散射雷達系統具有體積小、重量輕、功耗小等優點，非常便于地面交通工具或無人機(UAV)的運送、投放和布陣，可組成微型無線傳感器網絡，實現地面交通監視或戰場狀態感知。該系統對于常規小目標(如敵方士兵)以及具有隱身能力的地面運動目標(如隱身坦克或者軍用卡車等)，均可進行有效地探測和識別。此外，對于編隊行進中的部隊、車隊以及坦克群等的有效識別，可以很好的了解敵軍的行軍路線、動態、實力等重要信息，為戰場態勢的感知提供重要信息，具有非常有價值的軍事應用潛力。由于在地面系統中，傳統成像算法的假設條件不再滿足，故傳統的SISAR成像算法不再適用。

發明內容

本發明的目的是對前向散射雷達系統地面運動目標前向散射雷達信號建模并利用前向散射雷達系統對地面運動目標側影輪廓成像。解決大衍射角情況下或目標斜穿基線時SISAR成像結果失真的問題以及地面反射信號引起多徑干涉致使無法成像的問題，以獲得精確的地面運動目標側影輪廓像。

一種前向散射雷達地面運動目標信號建模及成像方法包括如下具體步驟：

步驟1、建立地面前向散射雷達系統的幾何結構模型，如圖1所示。

xoy平面是地平面，發射機置于坐標系(x，y，z)的原點O，接收機在y軸B(0，L，0)處。發射機和接收機之間的距離為基線長度L。假設目標以速度v平行于xoy平面運動，與基線夾角為α_h，β_h分別表示從發射機和接收機方向觀測的目標方位角。發射機到目標穿越基線位置的距離記為d_T，接收機到目標穿越基線位置的距離記為d_R。坐標系(x′，y′，z′)與坐標系(x，y，z)各軸相互平行，原點P(x_p，y_p，z_p)為目標的中心。T，R，T′，R′分別表示發射機、接收機、鏡像發射機和鏡像接收機天線相位中心；發射機和鏡像發射機天線相位中心的高度是h_T；接收機和鏡像接收機的天線高度分別為h_R。M₁和M₂是地面反射點；θ是反射波擦地角。假設P′為目標上任意一點。r₁和r₂分別表示發射機和接收機天線相位中心到該點的斜距，和分別表示鏡像發射機和鏡像接收機天線相位中心到該點的斜距。