[發明專利]基于聯合多波位的高分辨DBS成像方法

有效

• 申請號: 201310647776.8
• 申請日: 2013-12-04
• 公開（公告）號: CN103605131A
• 公開（公告）日: 2014-02-26
• 發明（設計）人: 王彤;吳曉明;吳建新;吳億鋒
• 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
• 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

本發明屬于雷達技術領域，具體地說是一種高分辨率多普勒波束銳化DBS成像方法，可用于目標檢測和跟蹤。

背景技術

雷達是由二戰中的軍事需求發展起來的，最初用于跟蹤惡劣天氣及黑夜中的飛機和艦船，早期的雷達系統利用時間延遲來測量雷達與目標之間的距離，從而對目標進行跟蹤監視。隨著相關技術的發展，雷達應用已不再局限于對目標的簡單跟蹤，目前，對目標類型進行分類和識別，獲得監視范圍內高分辨的圖像信息等成為了雷達研究的新熱點。

1951年6月，美國Goodyear公司的Carl?Wiley首次提出了通過對多普勒頻移進行處理的方法來改善運動平臺雷達的方位分辨率，將這種通過信號分析技術來構建一個等效長天線的思想稱為合成孔徑雷達SAR。合成孔徑雷達通過對地面散射體進行長時間觀測能獲得較高分辨率，但其觀測場景范圍有限，不具備快速再訪能力，且很難對遠距離、大范圍內的目標進行實時監測跟蹤。而掃描運動目標識別采用方位向掃描的方式可以對遠距離、大范圍進行快速掃描，其再訪能力高，是一種“非聚焦”SAR體制。掃描運動目標識別即廣域GMTI，它不但具有非常重要的軍事意義，在民用方面也能發揮很大的作用，可以用于快速營救、緝私以及高速公路的交通監視等方面。

采用廣域掃描模式進行監視的同時使用多普勒波束銳化DBS技術可以提高雷達方位分辨率。多普勒波束銳化DBS通過分析多普勒，將同一波束內的回波按不同的方位銳化成一組多普勒波束，使得不同多普勒波束對應不同的多普勒頻率，從而利用平臺運動導致的多普勒擴散來分辨不同方向的回波，提高雷達方位分辨率。它具有運算量小、成像面積大和再訪能力強的優勢，因此在戰場偵察等領域有著廣泛的應用。1953年，美國在DC-3飛機上進行了試飛，此后，國內外在DBS領域研究的發展很快，美國的現役戰斗機均擁有DBS功能，如海軍的S-3，空軍的F-16等多種預警機、戰斗機和無人機均裝有具有DBS功能的雷達系統，扇掃時的銳化比可達到40：1，小區域成像時可以達到60：1。我國DBS研究開展了近二十年，1984年，北京航空航天大學在中航607所的資助下展開了DBS的研究；張直中在PD雷達上獲得了非實時DBS成像；張慶文等對DBS運動補償進行了深入研究。

國內外對DBS的成像研究大多集中在圖像拼接方法和載機運動補償兩個方面，很少有學者在提高DBS圖像分辨率方面做深入研究。從本質上來說，掃描模式的DBS成像屬于非聚焦成像，因而其方位分辨率與條帶模式和聚束模式相比比較低，不能滿足載機對地的高分辨觀測要求。

發明內容

本發明的目的在于針對上述DBS成像技術方位分辨率較低這一不足之處，在充分利用雷達相干積累脈沖數的基礎上，提出了一種基于聯合多波位的高分辨DBS的成像方法，以實現雷達在飛機飛行過程中進行機械掃描時對地面的高分辨DBS成像。

為實現上述目的，本發明的技術方案包括如下步驟：

(1)將雷達安裝在飛機上，雷達在飛機飛行過程中進行機械掃描，且掃描波位隨著時間變化，雷達共掃描N個波位，N≥2；將雷達開機工作掃描的起始波位作為第1個波位，每掃描一個波位雷達錄取一次地面回波數據；

(2)建立第1個波位對應的地面坐標系X₁O₁Y₁，讀取飛機在正東方向速度v_E1，正北方向速度v_N1，得到飛機的航向角θ₁＝atan(v_E1/v_N1)；

(3)建立雷達在第i個波位照射地面點目標p的幾何模型；

(4)利用步驟(3)中建立的模型求雷達在第i個波位照射地面點目標的時間t_i，進而求得雷達相干積累脈沖數K_i＝floor(t_i·f_r)，確定要聯合的波位數為：

B_i＝floor(K_i/K)，

其中，f_r為雷達發射脈沖重復頻率，K為每個波位發射的脈沖數，floor代表向下取整；i為掃描波位數，其起始為1，終止為N；

(5)取出第i到i+B_i-1共B_i個波位雷達錄取的回波數據，將取出的B_i個波位的數據合并，得到波位數據矩陣A；

(6)利用相關函數法估計出波位數據矩陣A的多普勒中心頻率f_dc，得到多普勒中心通道；