[發(fā)明專利]基于非完全數(shù)據(jù)解卷積的實(shí)孔徑前視成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201210072515.3
• 申請日: 2012-03-19
• 公開（公告）號(hào): CN102608597A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 楊志偉;廖桂生;楊凱新;劉笑菲;李軍;劉志凌;杜文韜
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/89
• 分類號(hào): G01S13/89;G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及成像領(lǐng)域，特別涉及飛行軌跡正前方場景的高分辨成像問題，可用于機(jī)載雷達(dá)等監(jiān)視系統(tǒng)對沿航跡線方向的場景進(jìn)行高分辨成像。

背景技術(shù)

在未來瞬息萬變的現(xiàn)代化高科技戰(zhàn)爭環(huán)境中，戰(zhàn)場信息復(fù)雜多變，戰(zhàn)機(jī)轉(zhuǎn)瞬即逝，及時(shí)、正確地進(jìn)行戰(zhàn)場檢測和戰(zhàn)術(shù)偵察關(guān)系到戰(zhàn)爭的成敗。因此，必然要求雷達(dá)成像系統(tǒng)具有一定的成像精度和成像范圍。但是，當(dāng)天線波束與航跡線接近重合時(shí)，由于分布在航跡兩側(cè)的地面目標(biāo)具有相同的多普勒歷程容易發(fā)生混疊，且目標(biāo)的多普勒變化率很小，方位分辨率會(huì)迅速下降，形成前視“盲區(qū)”，而現(xiàn)有的合成孔徑雷達(dá)系統(tǒng)無法解決這一問題。因此，如何更好地利用雷達(dá)系統(tǒng)對正前方目標(biāo)實(shí)施有效的偵查，以獲取前視圖像已成為雷達(dá)界研究的熱點(diǎn)之一。

針對前視成像問題，典型的解決方案有：雙基地SAR前視成像方法，單脈沖前視成像方法，實(shí)孔徑解卷積前視成像方法等，其中：

1.雙基地SAR前視成像方法。是通過雙基地SAR系統(tǒng)進(jìn)行，該系統(tǒng)是指將發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別安裝在不同平臺(tái)上的合成孔徑雷達(dá)，其發(fā)射機(jī)和接收機(jī)可以有不同的空間位置和運(yùn)動(dòng)速度。發(fā)射機(jī)向觀測區(qū)域發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)；接收機(jī)接收地面回波信號(hào)并進(jìn)行成像處理。雙基地SAR系統(tǒng)由于其特殊的接收方式，只有在某些特定的模式下，才能實(shí)現(xiàn)前視成像，如發(fā)射機(jī)和接收機(jī)有各自獨(dú)立的飛行軌跡，不能重合，目標(biāo)點(diǎn)在接收機(jī)航跡線沿地面的投影線上；運(yùn)動(dòng)誤差會(huì)極大地影響雙基地SAR的前視成像結(jié)果，必須進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，但是，雙基地SAR前視成像的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償分析復(fù)雜，相應(yīng)的補(bǔ)償技術(shù)和方案實(shí)施難度很大；現(xiàn)有的算法中，對雙基地SAR前視成像結(jié)果的幾何校正是不完善的，對幾何變形的類型和變形量沒有完整的理論分析；由于接收機(jī)和發(fā)射機(jī)置于不同的平臺(tái)上，導(dǎo)致收發(fā)分置。因此，雙基地SAR前視成像面臨著一系列收發(fā)系統(tǒng)同步問題，包括時(shí)間同步、空間同步和頻率同步。

2.單脈沖前視成像方法。單脈沖成像的基本思想是利用足夠高的距離分辨率分辨出目標(biāo)上的主要散射體，然后利用單脈沖測角技術(shù)獲得散射點(diǎn)偏離波束中心的角度，進(jìn)而用于目標(biāo)定位。盡管單脈沖測角在理論上具有很高的測量精度，但是在實(shí)際應(yīng)用中，往往存在以下的局限性：在復(fù)雜形狀目標(biāo)相對雷達(dá)運(yùn)動(dòng)時(shí)，會(huì)引起目標(biāo)視在中心與目標(biāo)實(shí)際中心的偏離，產(chǎn)生角閃爍現(xiàn)象，制約了成像質(zhì)量；單脈沖前視成像技術(shù)無法對同一距離單元內(nèi)的不同散射中心分別測角，只能得到等效散射點(diǎn)的位置，降低了測角精度；當(dāng)同一波束內(nèi)存在多個(gè)目標(biāo)時(shí)，測角精度會(huì)急劇下降甚至無法準(zhǔn)確檢測出目標(biāo)的位置，特別是當(dāng)某一距離單元內(nèi)的波束方位范圍中存在兩個(gè)或多個(gè)能量相似的目標(biāo)時(shí)，測角精度尤為低下；單脈沖前視成像中，每個(gè)測角坐標(biāo)平面通常都要采用兩個(gè)獨(dú)立的接收支路，即方位平面內(nèi)的兩個(gè)支路和俯仰平面內(nèi)的兩個(gè)支路，系統(tǒng)復(fù)雜。

3.實(shí)孔徑解卷積前視成像方法。是將雷達(dá)傳感器輸出的回波信號(hào)在方位域視為發(fā)射信號(hào)與目標(biāo)角度信息的卷積，在距離域視為發(fā)射信號(hào)與目標(biāo)距離向信息的卷積，因此理論上可以通過解卷積的方法得到目標(biāo)的準(zhǔn)確位置信息。這種方法操作簡單，無需進(jìn)行運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，系統(tǒng)計(jì)算分析難度小。但是，在解卷積過程中也會(huì)存在一定的問題：單通道解卷積容易產(chǎn)生病態(tài)解，且算法要求較高的信噪比，當(dāng)信噪比小于30dB時(shí)，目標(biāo)分辨效果較差；為了減小病態(tài)效應(yīng)的影響，Berenstein等人發(fā)展了多通道解卷積技術(shù)，用于線性移不變系統(tǒng)的信息重建，可使部分解卷積問題轉(zhuǎn)化為良態(tài)，但是并非所有的卷積器集合都滿足強(qiáng)互質(zhì)條件，當(dāng)多通道不能滿足強(qiáng)互質(zhì)條件時(shí)，解卷積后信噪比會(huì)大大降低，因此，多通道解卷積技術(shù)的使用也存在很大的局限性。國內(nèi)外關(guān)于該技術(shù)的研究都是基于完全卷積數(shù)據(jù)來實(shí)現(xiàn)的，而在實(shí)際情況下，雷達(dá)回波數(shù)據(jù)只是全部卷積數(shù)據(jù)的一部分，因此，直接解卷積進(jìn)行實(shí)孔徑前視成像算法將不適用于這種情況。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于克服已有的前視成像問題的不足，提出了一種基于非完全數(shù)據(jù)解卷積的實(shí)孔徑前視成像方法，以實(shí)現(xiàn)機(jī)載雷達(dá)前視高分辨成像，降低噪聲干擾，提高前視圖像的成像質(zhì)量和檢測速度。

本發(fā)明的技術(shù)方案是：首先對地面監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行順序重疊掃描，獲取回波數(shù)據(jù)；然后對回波數(shù)據(jù)進(jìn)行插值和低通濾波的預(yù)處理，得到近似的完全卷積數(shù)據(jù)；最后進(jìn)行解卷積操作，實(shí)現(xiàn)機(jī)載雷達(dá)前視高分辨成像的目的。具體實(shí)現(xiàn)步驟包括如下：

(1)通過雷達(dá)波束的等間距發(fā)射，對地面監(jiān)視區(qū)域進(jìn)行順序重疊掃描，獲取雷達(dá)回波數(shù)據(jù)g_T(x，y)：

g_T(x，y)＝f(x，y)*h(x，y)+n(x，y)，