[發明專利]基于稀疏孔徑的機動目標逆合成孔徑雷達成像方法

有效

• 申請號: 201410140123.5
• 申請日: 2014-04-09
• 公開（公告）號: CN103901429A
• 公開（公告）日: 2014-07-02
• 發明（設計）人: 張磊;張榆紅;邢孟道;徐剛;董祺;許志偉
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

技術領域

本發明屬于通信技術領域，更進一步涉及雷達信號處理領域中多功能雷達系統的基于稀疏孔徑的機動目標逆合成孔徑雷達（Inverse?Synthetic?Aperture?Radar，ISAR）成像方法。本發明可用于非合作的多機動目標的逆合成孔徑雷達ISAR成像處理。

背景技術

逆合成孔徑雷達成像屬于高分辨成像技術，其距離分辨率是通過發射寬帶信號來提高的，方位分辨率的提高則是依靠雷達和目標之間的相對運動形成合成陣列來實現的。在多功能雷達系統同時對多目標實現多任務，包括檢測、跟蹤和成像時，由于雷達波束在不同的目標之間來回切換，導致每個目標很難獲得長的持續觀測時間，只能得到不連續的稀疏孔徑（Sparse?Aperture,SA）觀測值。因此對逆合成孔徑雷達ISAR成像而言，利用有限的稀疏孔徑數據來實現高分辨的逆合成孔徑雷達ISAR成像是多功能雷達系統的關鍵。

西北工業大學在其申請的發明專利“機動目標壓縮感知ISAR成像方法”（公開號：CN102841350A，申請號：201210347782.7）中公開了一種機動目標壓縮感知逆合成孔徑雷達ISAR成像方法。該方法的具體步驟為：對逆合成孔徑雷達ISAR回波數據進行距離壓縮、運動補償及越距離單元徙動校正后得到信號的復矩陣，然后通過高斯隨機矩陣對該復矩陣進行降維處理，最后通過求解1-范數的凸優化方程實現對機動目標的逆合成孔徑雷達ISAR成像。該方法雖然基于稀疏先驗特性實現了對機動目標的逆合成孔徑雷達ISAR成像處理，但是該方法在實現過程中存在的不足是，在運動補償的過程中忽略了相位校正的精度對ISAR成像質量的影響。當運動目標平穩運動且回波信號為全孔徑數據時，該逆合成孔徑雷達成像方法可以實現精確地相位校正，得到高分辨的成像結果。而對于機動目標和稀疏孔徑數據而言，該逆合成孔徑雷達成像方法不能實現精確地相位校正，在基于稀疏孔徑的機動目標逆合成孔徑雷達成像方法中將影響目標成像的質量。

李軍，邢孟道，張磊在論文“一種高分辨的稀疏孔徑ISAR成像方法”（《西安電子科技大學學報》2010，37(3)：1001-2400）中提出了一種基于壓縮感知的稀疏孔徑成像方法。該方法是通過構造一組時域稀疏的空間基和線性測量矩陣，結合范數1稀疏約束，利用凸優化進行基匹配搜索，直接提取目標的散射特性及多普勒頻率信息，最終得到距離多普勒像。該方法假設接收到的平穩運動目標的回波信號為正弦信號，來實現稀疏孔徑逆合成孔徑雷達ISAR成像，但是該方法在實現過程中存在的不足是，對于機動目標而言，回波信號的正弦假設不成立，導致對強機動性目標的逆合成孔徑雷達ISAR成像質量很差。

發明內容

本發明針對上述現有技術中的機動目標壓縮感知逆合成孔徑ISAR成像方法相位補償不精確的問題，稀疏孔徑逆合成孔徑雷達只針對平穩運動目標成像的局限性，提出了一種基于稀疏孔徑的機動目標逆合成孔徑雷達成像方法。通過改進的特征向量自聚焦方法來實現精確地相位校正，并將精確運動補償后的稀疏孔徑信號重構為全孔徑信號來實現高分辨的逆合成孔徑雷達ISAR成像。I

為實現本發明的目的，本發明的技術思路是：通過改進的基于特征向量的自聚焦方法，對距離壓縮和包絡對齊處理后的回波信號進行精確得相位補償；對相位補償的回波信號構建目標函數，采用正交匹配追蹤OMP算法對該目標函數進行求解得到稀疏孔徑重構的回波信號；對稀疏孔徑重構的回波信號進行快速傅立葉變換，實現逆合成孔徑雷達ISAR的距離-多普勒成像。

為實現上述目的，本發明的主要步驟如下：

（1）距離壓縮：

對逆合成孔徑雷達ISAR接收到的稀疏回波信號，進行距離壓縮處理，得到距離壓縮處理的回波信號；

（2）包絡對齊：

對距離壓縮處理的回波信號進行包絡對齊處理，得到包絡對齊處理的回波信號；

（3）相位補償：

（3a）對包絡對齊處理的回波信號進行多普勒頻率補償，得到多普勒頻率補償的回波信號；

（3b）對多普勒頻率補償的回波信號進行二次相位項補償，得到二次相位項補償的回波信號；

（3c）對二次相位項補償的回波信號的協方差矩陣進行特征值分解，將最大特征值對應的特征向量作為誤差相位，用二次相位項補償的回波信號的相位減去誤差相位，得到誤差相位補償的回波信號；

（3d）判斷相鄰兩次迭代得到的最大特征值之差是否小于當前迭代得到的最大特征值的5%，如果是，執行步驟（4），否則，執行步驟（3a）；

（4）重構稀疏孔徑回波信號：