[發(fā)明專利]基于HRRP序列的空間目標(biāo)高分辨成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210596470.X
• 申請(qǐng)日: 2012-12-14
• 公開（公告）號(hào): CN103091674B9
• 公開（公告）日: 2023-01-31
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白雪茹;周峰;劉妍;保錚
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.基于HRRP序列的空間目標(biāo)高分辨成像方法，包括如下步驟：

(1)雷達(dá)錄取ISAR回波；

(2)高速運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償

2a)將參考距離為雷達(dá)到場(chǎng)景中心距離，頻率、調(diào)頻率與雷達(dá)發(fā)射信號(hào)相同的線性調(diào)頻信號(hào)作為參考信號(hào)；

2b)將參考信號(hào)取共軛后與雷達(dá)錄取的ISAR回波相乘得到解線調(diào)頻處理結(jié)果；

2c)按照下式構(gòu)造相位補(bǔ)償函數(shù)：

其中，為相位補(bǔ)償函數(shù)，exp(·)為指數(shù)函數(shù)運(yùn)算符，j為虛數(shù)單位，c為光速，v為測(cè)定的目標(biāo)速度，t為方位維的采樣時(shí)間，R(t)為t時(shí)刻場(chǎng)景中心到雷達(dá)的參考距離，f₁為信號(hào)載頻，γ為調(diào)頻率，f₂為距離頻率；

2d)將相位補(bǔ)償函數(shù)與步驟2b)得到的解線調(diào)頻處理結(jié)果相乘得到高速運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后回波；

(3)獲取高質(zhì)量HRRP

3a)按照下式構(gòu)造過冗余字典：

其中，Ψ為包含N個(gè)基向量的過冗余字典，N取為距離頻率點(diǎn)數(shù)的整數(shù)倍，exp(·)為指數(shù)函數(shù)運(yùn)算符，j為虛數(shù)單位，c為光速，f₂為距離頻率，f₁為載頻，γ為調(diào)頻率，為距離維采樣時(shí)間，R為參考距離，R_Δ(1),R_Δ(2),…R_Δ(N)為構(gòu)造的N個(gè)散射點(diǎn)斜距，L為雷達(dá)觀測(cè)場(chǎng)景長(zhǎng)度，相鄰兩個(gè)距離采樣點(diǎn)的距離步進(jìn)量滿足關(guān)系M為距離頻率點(diǎn)數(shù)，B為信號(hào)帶寬；

3b)令m＝1，其中，m表示方位單元序號(hào)；

3c)將步驟2d)得到的高速運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償后回波的第m個(gè)方位單元的復(fù)回波作為殘余信號(hào)，并生成一個(gè)空矩陣Φ₁；

3d)用殘余信號(hào)向步驟3a)得到的過冗余字典中的基向量作投影，并且計(jì)算內(nèi)積；

3e)將內(nèi)積最大的基向量記錄在步驟3c)生成的矩陣Φ₁的第m列中，按照投影方法計(jì)算內(nèi)積最大的基向量對(duì)應(yīng)的投影系數(shù)，記錄得到的投影系數(shù)，同時(shí)將內(nèi)積最大的基向量從過冗余字典中剔除；

3f)從殘余信號(hào)中減去矩陣Φ₁與記錄的投影系數(shù)的乘積，得到更新的殘余信號(hào)；

3g)重復(fù)步驟3d)至步驟3f)的操作，直至更新的殘余信號(hào)能量低于噪聲門限，將步驟3e)中記錄的投影系數(shù)取模值作為對(duì)應(yīng)基向量所代表斜距處散射點(diǎn)的幅度，以基向量對(duì)應(yīng)的散射點(diǎn)斜距為橫坐標(biāo)，幅度為縱坐標(biāo)繪制HRRP；

3h)將m遞增1個(gè)序號(hào)，重復(fù)步驟3c)至步驟3g)的操作，直至繪制完所有方位單元對(duì)應(yīng)的HRRP；

(4)散射點(diǎn)航跡關(guān)聯(lián)

4a)令k＝1，其中，k表示方位單元序號(hào)，生成一個(gè)大小為N₁×M₁的空的航跡矩陣，其中，N₁為第k個(gè)方位單元對(duì)應(yīng)的HRRP中峰值點(diǎn)的個(gè)數(shù)，M₁表示散射點(diǎn)回波次數(shù)，將第k個(gè)方位單元對(duì)應(yīng)的HRRP中所有峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)和幅度記錄在航跡矩陣第k列中，將k遞增一個(gè)序號(hào)；

4b)在第k個(gè)方位單元對(duì)應(yīng)的HRRP中尋找峰值點(diǎn)，并將所有峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)、幅度記錄在第k時(shí)刻的位置幅度集合中，根據(jù)小轉(zhuǎn)角內(nèi)散射點(diǎn)幅度近似不變且位置接近準(zhǔn)則，將第k時(shí)刻位置幅度集合中的元素與航跡矩陣第k-1列中元素進(jìn)行關(guān)聯(lián)，將關(guān)聯(lián)得到的第k時(shí)刻散射點(diǎn)位置坐標(biāo)和幅度記錄在航跡矩陣第k列；

4c)將k遞增一個(gè)序號(hào)，執(zhí)行步驟4b)，直至獲得所有方位時(shí)刻的散射點(diǎn)位置坐標(biāo)和幅度；

4d)分別將各散射點(diǎn)在航跡矩陣中第k-1列記錄的位置坐標(biāo)與第k-2列記錄的位置坐標(biāo)相減，并除以脈沖重復(fù)周期得到速度，將航跡矩陣中第k列記錄的位置坐標(biāo)減去第k-1列記錄的位置坐標(biāo)的兩倍，再加上第k-2列記錄的位置坐標(biāo)，將計(jì)算結(jié)果除以脈沖重復(fù)周期的平方得到加速度；

4e)用速度乘以脈沖重復(fù)周期并加上加速度與脈沖重復(fù)周期平方乘積的0.5倍，求得距離步進(jìn)量；

4f)分別將各散射點(diǎn)在航跡矩陣中第k列記錄的位置坐標(biāo)、步驟4d)得到的速度與加速度作為第k時(shí)刻散射點(diǎn)狀態(tài)向量；

4g)根據(jù)Kalman預(yù)測(cè)準(zhǔn)則，對(duì)第k+1、k+2及k+3時(shí)刻的狀態(tài)向量進(jìn)行預(yù)測(cè)，并將航跡矩陣中記錄的對(duì)應(yīng)散射點(diǎn)幅度求均值作為預(yù)測(cè)幅度值；

4h)在第k+1個(gè)方位單元對(duì)應(yīng)的HRRP中，分別以各散射點(diǎn)在航跡矩陣中第k列記錄的位置坐標(biāo)為中心，以距離步進(jìn)量的三倍為搜索寬度尋找峰值點(diǎn)，將所有峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)和幅度記錄在第k+1時(shí)刻的位置幅度集合中；

4i)在第k+2個(gè)方位單元對(duì)應(yīng)的HRRP中，分別以各散射點(diǎn)在第k+1時(shí)刻的位置幅度集合中所有位置坐標(biāo)的均值為中心，以距離步進(jìn)量的三倍為搜索寬度尋找峰值點(diǎn)，將所有峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)和幅度記錄在第k+2時(shí)刻的位置幅度集合中；

4j)在第k+3個(gè)方位單元對(duì)應(yīng)的HRRP中，分別以各散射點(diǎn)在第k+2時(shí)刻的位置幅度集合中所有位置坐標(biāo)的均值為中心，以距離步進(jìn)量的三倍為搜索寬度尋找峰值點(diǎn)，將所有峰值點(diǎn)對(duì)應(yīng)的位置坐標(biāo)和幅度記錄在第k+3時(shí)刻的位置幅度集合中；

4k)根據(jù)歸一化的最近鄰準(zhǔn)則函數(shù)對(duì)散射點(diǎn)航跡進(jìn)行關(guān)聯(lián)，求得散射點(diǎn)在第k+1時(shí)刻的真實(shí)位置坐標(biāo)和幅度，并記錄在航跡矩陣第k+1列中；

4l)將步驟4g)預(yù)測(cè)得到的k+1時(shí)刻狀態(tài)向量中的速度和加速度按照步驟4e)進(jìn)行計(jì)算，得到距離步進(jìn)量，將k遞增一個(gè)序號(hào)，重復(fù)步驟4g)至步驟4k)，直至完成散射點(diǎn)在所有方位單元對(duì)應(yīng)的HRRP中的位置關(guān)聯(lián)，從航跡矩陣中抽取散射點(diǎn)的位置坐標(biāo)并且剔除對(duì)應(yīng)幅度值，得到更新的航跡矩陣；

(5)高分辨成像

5a)將航跡矩陣中每個(gè)元素都減去該元素所在行所有元素的均值，得到平動(dòng)校正后的航跡矩陣；

5b)對(duì)平動(dòng)校正后的航跡矩陣進(jìn)行帶約束的矩陣分解得到散射點(diǎn)分布矩陣和雷達(dá)視線矩陣；

5c)用散射點(diǎn)分布矩陣重構(gòu)目標(biāo)圖像。