[發(fā)明專利]步進(jìn)頻雷達(dá)低空障礙物超分辨一維成像方法有效
| 申請?zhí)枺?/td> | 201410200665.7 | 申請日: | 2014-05-13 |
| 公開(公告)號: | CN103954961A | 公開(公告)日: | 2014-07-30 |
| 發(fā)明(設(shè)計)人: | 梁思嘉;曾操;徐青;劉錚;李文駿;汪海;李章杰 | 申請(專利權(quán))人: | 西安電子科技大學(xué) |
| 主分類號: | G01S13/89 | 分類號: | G01S13/89 |
| 代理公司: | 西安睿通知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 61218 | 代理人: | 惠文軒 |
| 地址: | 710071*** | 國省代碼: | 陜西;61 |
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| 摘要: | |||
| 搜索關(guān)鍵詞: | 步進(jìn) 雷達(dá) 低空 障礙物 分辨 成像 方法 | ||
技術(shù)領(lǐng)域
本發(fā)明屬于雷達(dá)成像技術(shù)領(lǐng)域,涉及步進(jìn)頻雷達(dá)超分辨成像方法,尤其涉及一種步進(jìn)頻雷達(dá)低空障礙物超分辨一維成像方法。
背景技術(shù)
微波雷達(dá)相比其他傳感器,如激光與光學(xué)雷達(dá),具有全天候、全天時的優(yōu)勢,是低空環(huán)境感知的重要手段之一。在低空飛行器安裝天線孔徑受限情況下,毫米波雷達(dá)由于波長短,可獲得窄波束以提高空間分辨力,同時天線單元尺寸小可降低體積與重量,因而是低空障礙物探測的重要傳感器之一。步進(jìn)頻雷達(dá)通過重復(fù)發(fā)射一串載頻線性跳變的雷達(dá)脈沖(這串脈沖稱為一幀),再對接收到的回波按幀合成以提高距離分辨力,它采用的信號是瞬時窄帶的,其發(fā)射、接收與處理降低了雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的實現(xiàn)難度與硬件成本。因此近些年得到了廣泛的應(yīng)用。綜上所述,毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)不僅具有全天時、全天候和主動探測的優(yōu)點,而且能夠?qū)崿F(xiàn)高空間分辨力與距離分辨力,為低空障礙物的檢測、識別與定位提供依據(jù),因此其應(yīng)用前景十分廣闊。
下面對幾種典型的一維距離成像的方法做簡要的介紹:
(1)傳統(tǒng)的毫米波步進(jìn)頻雷達(dá)是通過對采集回來的回波信號做逆快速傅立葉變換(Inverse?Fast?Fourier?Transformation,簡稱IFFT)處理而獲得高分辨距離向成像。由龍騰,李耽,吳瓊之發(fā)表的論文“頻率步進(jìn)雷達(dá)參數(shù)設(shè)計與目標(biāo)抽取算法”(系統(tǒng)工程與電子技術(shù),2001,23(6):26-31)中公開了由于雷達(dá)參數(shù)的選取,會使得步進(jìn)頻率信號IFFT后產(chǎn)生兩種冗余:距離失配冗余和過采樣冗余。這就需要在進(jìn)行IFFT處理后進(jìn)行目標(biāo)抽取處理才可得到真實的距離向成像。幾種典型的靜目標(biāo)抽取算法有選大法、舍棄法、累加法。而舍棄法會降低提取后的信噪比,選大法在有距離走動時會出現(xiàn)偽峰且計算量較大,累加法在有距離走動時會出現(xiàn)偽峰且相加后的物理意義不太明確。
(2)為了解決IFFT后會出現(xiàn)繁瑣的冗余問題,王民航、曾操等發(fā)明的專利“步進(jìn)頻雷達(dá)超分辨一維距離成像方法”(申請?zhí)枺?01210133076.2)中利用CVX凸優(yōu)化工具軟件重建目標(biāo)的散射信息,可恢復(fù)出目標(biāo)的距離信息,但此方法對噪聲敏感,在低信噪比情況下距離恢復(fù)效果明顯下降。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有技術(shù)的不足,提出了一種步進(jìn)頻雷達(dá)低空障礙物超分辨一維成像方法,解決了現(xiàn)有技術(shù)中常規(guī)壓縮感知對噪聲敏感、已知散射點個數(shù)及IFFT后出現(xiàn)冗余問題,增強(qiáng)了對噪聲的穩(wěn)健性,同時獲得超分辨能力。
為達(dá)到上述目的,本發(fā)明采用以下技術(shù)方案預(yù)以實現(xiàn)。
一種步進(jìn)頻雷達(dá)低空障礙物超分辨一維成像方法,其特征在于,包括以下步驟:
步驟1,通過步進(jìn)頻雷達(dá)得到距離場景的接收數(shù)據(jù)矢量xm(t);
步驟2,接收數(shù)據(jù)矢量xm(t)去噪獲得觀測矢量y(t);
步驟3,對距離場景進(jìn)行柵格劃分,得到柵格距離Rp;
步驟4,根據(jù)觀測矢量y(t)和柵格距離Rp,構(gòu)造字典矩陣A;
步驟5,利用稀疏恢復(fù)誤差比率的變化,使用零空間調(diào)整方法,根據(jù)字典矩陣A和觀測矢量y(t)得到距離恢復(fù)矢量zk(t);并且根據(jù)各個時刻的距離恢復(fù)矢量zk(t)獲得一維距離像z。
上述技術(shù)方案的特點和進(jìn)一步改進(jìn)在于:
(1)步驟1包括以下子步驟:
1a)步進(jìn)頻雷達(dá)接收回波數(shù)據(jù);
1b)回波數(shù)據(jù)經(jīng)過模數(shù)變換(Analog?to?Digit?Convertion,ADC)采樣后得到第m幀t時刻接收數(shù)據(jù)矢量xm(t)為:
xm(t)=[sr(m,1,t)…sr(m,n,t)…sr(m,N,t)]T,m=1,2,…M
其中,M是采樣獲得的總幀數(shù),N是步進(jìn)頻點個數(shù),T表示轉(zhuǎn)置操作;
sr(m,n,t)表示第m幀第n個脈沖t時刻的接收數(shù)據(jù),表達(dá)式為:
w(m,n,t)是第m幀第n個脈沖t時刻的噪聲,rect(·)表示矩形窗函數(shù),
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G01S 無線電定向;無線電導(dǎo)航;采用無線電波測距或測速;采用無線電波的反射或再輻射的定位或存在檢測;采用其他波的類似裝置
G01S13-00 使用無線電波的反射或再輻射的系統(tǒng),例如雷達(dá)系統(tǒng);利用波的性質(zhì)或波長是無關(guān)的或未指明的波的反射或再輻射的類似系統(tǒng)
G01S13-02 .利用無線電波反射的系統(tǒng),例如,初級雷達(dá)系統(tǒng);類似的系統(tǒng)
G01S13-66 .雷達(dá)跟蹤系統(tǒng);類似系統(tǒng)
G01S13-74 .應(yīng)用無線電波再輻射的系統(tǒng),例如二次雷達(dá)系統(tǒng);類似系統(tǒng)
G01S13-86 .雷達(dá)系統(tǒng)與非雷達(dá)系統(tǒng)
G01S13-87 .雷達(dá)系統(tǒng)的組合,例如一次雷達(dá)與二次雷達(dá)
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