[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

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x_m(t)；

步驟2，接收數(shù)據(jù)矢量x_m(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R_p；

步驟4，根據(jù)觀測矢量y(t)和柵格距離R_p，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z^k(t)；并且根據(jù)各個時刻的距離恢復(fù)矢量z^k(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x_m(t)為：

x_m(t)＝[s_r(m,1,t)…s_r(m,n,t)…s_r(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；

s_r(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)，