[發明專利]實孔徑相控陣雷達高分辨探測成像方法

有效

• 申請號: 201310296170.4
• 申請日: 2013-07-13
• 公開（公告）號: CN103399315A
• 公開（公告）日: 2013-11-20
• 發明（設計）人: 趙光輝;王雪磊;石光明;李超;劉自成;溫超
• 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

本發明屬于信號處理技術領域，特別涉及相控陣雷達探測成像方法，可用于目標識別。

技術背景

相控陣雷達是由多個輻射源排列組成，每個輻射源的饋電和增益可以由計算機靈活控制，采用數字波束形成技術，可使其具有很強的波束變化能力，能夠靈活實現搜索、識別、跟蹤、制導、無源探測等多種功能。同時它還具有目標容量大，對復雜環境適應能力強，抗干擾性能好等優點，因此相控陣雷達在許多領域中得到了廣泛應用。

相控陣雷達實孔徑成像RBM是最早的雷達成像系統，也是最早用于前視的成像方式。實孔徑成像方法的優點是：雷達平臺與目標之間沒有相對運動的情況下也可以實現成像。而且，在相對靜止情況下具有更好的成像質量。相控陣雷達實孔徑成像RBM，通過脈沖壓縮等技術，在距離向獲得較高分辨率；采用大孔徑天線發射窄波束在方位向進行掃描，通過波束寬度來區分不同方位角度的目標。但由于相控陣雷達實孔徑成像系統的方位分辨率與發射波束寬度及探測距離成正比，隨著距離的增大，常規尺寸孔徑的雷達天線難以獲得高分辨率圖像。因此僅采用傳統的波束形成的方法，相控陣雷達無法實現方位維高分辨成像。

現階段相控陣雷達實孔徑高分辨成像技術主要采用單脈沖成像的方法，單脈沖成像技術通過比較單次脈沖回波的和、差通道信號差異來測量目標方位角，單脈沖成像能夠對波束內的較強散射點實現方位向的高分辨，可明顯改善實波束成像的質量，但是單脈沖成像技術在波束內存在多個目標時成像質量明顯下降，甚至無法確定目標的正確方位。

發明內容

本發明目的在于提出一種實孔徑相控陣雷達高分辨探測成像方法，以解決傳統相控陣雷達成像系統在陣列天線孔徑有限，波束寬度較寬而導致角度分辨率較低，無法實現對目標區域高分辨成像問題。

本發明的技術思路是：對回波數據采用稀疏重構的處理方法，根據相控陣雷達工作方式獲取回波信號，由回波信號的理想形式構造觀測矩陣，分析回波信號與觀測矩陣的關系，建立相控陣雷達成像模型；利用正則化的方法將雷達成像模型轉化為優化模型；將有約束的優化模型轉化為無約束的優化表達式，并利用交替方向迭代法進行求解得到最終成像結果。實現對輪廓特征明顯的目標區域的高分辨成像。其實現步驟包括如下：

（1）根據相控陣雷達工作方式，對整個探測場景進行波束掃描，得到各角度下時域采樣后的回波信號列向量

其中，θ_p表示第p個方位角掃描角度，p∈[1,I]，I為方位角掃描角度個數；表示第q個俯仰角掃描角度，q∈[1,J]，J為俯仰角掃描角度個數；

（2）依據相控陣雷達工作方式，構造各角度下的觀測矩陣

其中，t_i∈[t₁,t_L]表示L點的時域采樣；k∈[1,MN]表示待探測二維目標場景離散化采樣的第k個目標，M表示水平方向采樣點數，N表示垂直方向采樣點數；r_k表示第k個目標達到相控陣雷達天線中心的距離，表示波束指向θ_p,時的方向圖函數在第k個目標方向的響應值；c為光速，λ為雷達工作波長；p(t_i)為相控陣雷達發射信號包絡時域采樣；

（3）構建相控陣雷達成像模型：

3a）將步驟（1）中各個角度得到的回波信號列向量按照掃描角度的順序排列成一列，得到完整的回波信號列向量:

其中，T表示轉置；

3b）將步驟（2）中各個角度下構造的觀測矩陣按照掃描角度的順序排列成一列，得到完整的觀測矩陣：

3c）根據相控陣雷達工作方式，當波束指向角度θ_p,時，時域采樣后的回波信號列向量的具體表達式應為：

其中，f(k)為目標場景離散化采樣后第k個目標的散射系數；

3d）將步驟（2）中的觀測矩陣帶入步驟3c）中的回波信號表達式中，得到單個角度下回波信號列向量與構造的觀測矩陣之間的數據關系：

其中，f=[f(1)…f(k)…f(MN)]^T；

3e）根據步驟3d）得到的數據關系，得到完整回波信號列向量g和完整觀測矩陣C的數據關系式:g=Cf；若考慮回波信號的噪聲，則建立相控陣雷達成像模型為:r=Cf+n，其中，r表示加噪聲的完整回波信號列向量，n表示噪聲；

（4）根據探測目標場景區域輪廓的稀疏先驗特征，利用正則化方法將步驟3e）中建立的成像模型轉換為優化模型：