[發明專利]基于子空間投影的實孔徑前視成像方法

無效

• 申請號: 201210072599.0
• 申請日: 2012-03-19
• 公開（公告）號: CN102608598A
• 公開（公告）日: 2012-07-25
• 發明（設計）人: 楊志偉;廖桂生;楊凱新;劉笑菲;曾操;何嘉懿;夏桂琴
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89;G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;朱紅星

技術領域

本發明涉及成像領域，特別涉及飛行軌跡正前方目標的高分辨成像問題，可用于機載雷達監視系統對沿航跡線方向的目標進行檢測與識別。

背景技術

在未來瞬息萬變的現代化高科技戰爭環境中，戰場信息復雜多變，戰機轉瞬即逝，及時、正確地進行戰場檢測和戰術偵察關系到戰爭的成敗。因此，必然要求雷達成像系統具有一定的成像精度和成像范圍。但是，當天線波束與航跡線接近重合時，由于分布在航跡兩側的地面目標具有相同的多普勒歷程容易發生混疊，且目標的多普勒變化率很小，方位分辨率會迅速下降，形成前視“盲區”，而現有的合成孔徑雷達系統無法解決這一問題。因此，如何更好地利用雷達系統對正前方目標實施有效的偵查，以獲取前視圖像已成為雷達界研究的熱點之一。

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系統進行，該系統是指將發射機和接收機分別安裝在不同平臺上的合成孔徑雷達，其發射機和接收機可以有不同的空間位置和運動速度。發射機向觀測區域發射線性調頻信號；接收機接收地面回波信號并進行成像處理。雙基地SAR系統由于其特殊的接收方式，只有在某些特定的模式下，才能實現前視成像，如發射機和接收機有各自獨立的飛行軌跡，不能重合，目標點在接收機航跡線沿地面的投影線上；運動誤差會極大地影響雙基地SAR的前視成像結果，必須進行運動補償，但是，雙基地SAR前視成像的運動補償分析復雜，相應的補償技術和方案實施難度很大；現有的算法中，對雙基地SAR前視成像結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；由于接收機和發射機置于不同的平臺上，導致收發分置。因此，雙基地SAR前視成像面臨著一系列收發系統同步問題，包括時間同步、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上的主要散射體，然后利用單脈沖測角技術獲得散射點偏離波束中心的角度，進而用于目標定位。盡管單脈沖測角在理論上具有很高的測量精度，但是在實際應用中，往往存在以下的局限性：在復雜形狀目標相對雷達運動時，會引起目標視在中心與目標實際中心的偏離，產生角閃爍現象，制約了成像質量；單脈沖前視成像技術無法對同一距離單元內的不同散射中心分別測角，只能得到等效散射點的位置，降低了測角精度；當同一波束內存在多個目標時，測角精度會急劇下降甚至無法準確檢測出目標的位置，特別是當某一距離單元內的波束方位范圍中存在兩個或多個能量相似的目標時，測角精度尤為低下；單脈沖前視成像中，每個測角坐標平面通常都要采用兩個獨立的接收支路，即方位平面內的兩個支路和俯仰平面內的兩個支路，系統復雜。

3.實孔徑解卷積前視成像方法。是將雷達傳感器輸出的回波信號在方位域視為發射信號與目標角度信息的卷積，在距離域視為發射信號與目標距離向信息的卷積，因此理論上可以通過解卷積的方法得到目標的準確位置信息。這種方法操作簡單，無需進行運動補償，系統計算分析難度小。但是，在解卷積過程中也會存在一定的問題：單通道解卷積容易產生病態解，且算法要求較高的信噪比，當信噪比小于30dB時，目標分辨效果較差；為了減小病態效應的影響，Berenstein等人發展了多通道解卷積技術，用于線性移不變系統的信息重建，可使部分解卷積問題轉化為良態，但是并非所有的卷積器集合滿足強互質條件，當多通道不能滿足強互質條件時，解卷積后信噪比仍會大大降低，因此，多通道解卷積技術的使用也存在很大的局限性。

發明內容

本發明的目的在于針對上述已有的前視成像問題的不足，提出了一種基于子空間投影的實孔徑前視成像方法，以實現機載雷達前視高分辨成像，降低噪聲干擾，提高主瓣內鄰近目標的分辨精度。

本發明的技術方案是：首先對地面監視區域進行順序重疊掃描，獲取雷達回波數據；然后提取回波數據的強度矢量；最后利用一種基于子空間投影的陣列高分辨方法對回波強度矢量進行處理，實現機載雷達前視高分辨成像，其具體步驟包括如下：

(1)通過雷達波束的等間距發射，對地面監視區域進行順序重疊掃描，獲取雷達回波數據Y；

(2)對回波數據Y進行取模運算，提取其強度矢量X：

X＝|Y(k)|，

其中，|·|表示取模運算，k＝1，2，...，K，K表示回波數據的長度；

(3)求取回波強度矢量X的自相關矩陣R_X：

R_X＝E[XX^H]，