[發(fā)明專利]一種基于相控陣雷達的三維關聯(lián)成像方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201410416039.1
• 申請日: 2014-08-22
• 公開（公告）號: CN104181531A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發(fā)明（設計）人: 李亞超;許然;邢孟道;黃平平;全英匯;章浩波
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 西安睿通知識產(chǎn)權(quán)代理事務所(特殊普通合伙) 61218
• 代理人: 惠文軒

技術(shù)領域

本發(fā)明屬于雷達成像技術(shù)領域，尤其涉及一種基于相控陣雷達的三維關聯(lián)成像方法。

背景技術(shù)

微波雷達具有全天候、全天時、遠距離和大范圍觀察等特性，可以對目標場景進行高分辨率成像，獲取探測信息，在民用和軍用領域均發(fā)揮著關鍵的作用。作為主要的二維微波成像方法，上世紀50年代迅速發(fā)展起來合成孔徑雷達(SAR)成像和逆合成孔徑雷達(ISAR)成像是利用載體平臺與目標間的相對運動在空間形成合成的陣列流形，能夠獲取目標在距離-多普勒平面內(nèi)的散射分布信息，即二維雷達圖像，但圖像存在幾何失真并缺失了一維信息，對目標特性的測量造成很大的障礙。因此，高分辨三維成像是雷達成像領域的一個重要研究方向。

大的天線孔徑是實現(xiàn)高分辨微波雷達成像的直接途徑。按照大孔徑的實現(xiàn)方式，三維微波成像主要分為兩類，一類是基于合成陣列，另一類是基于實孔徑三維成像。前者利用單天線或線性陣列的掃描形成二維合成孔徑，獲得跨距離平面的二維分辨能力，再結(jié)合距離向脈沖壓縮技術(shù)獲得全三維目標分布圖像，這類方法需要平臺的運動，應用場合有限，數(shù)據(jù)獲取實時性較差，而且信號處理難度較高；而后者依賴陣列天線形成的窄波束在空間進行掃描得到三維圖像，其分辨率取決于波束寬度，即天線的真實的物理孔徑大小，要獲得高分辨率圖像，需要增大陣列孔徑，令系統(tǒng)復雜度和成本都急劇增加，所以在大多數(shù)應用場合中，由于天線體積和成本的限制，該方法分辨率不高。

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，提出一種基于相控陣雷達的三維關聯(lián)成像方法，通過下面的仿真可以看出該成像方法能夠突破常規(guī)實孔徑陣列雷達三維成像的方位分辨力的限制，從而實現(xiàn)距離向、方位向和俯仰向高分辨三維成像。

為達到上述目的，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案予以實現(xiàn)。

一種基于相控陣雷達的三維關聯(lián)成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1，將相控陣雷達天線陣面劃分為M×N個子陣，每個子陣有K×L個陣元，總共有M×N×K×L個陣元，陣元按矩形均勻分布，相控陣雷達發(fā)射機在第q個脈沖下將線性調(diào)頻信號s0_q發(fā)射到成像場景中，并接收第q個脈沖下的含P個目標散射點的回波信號，將排列在相控陣雷達陣面的第m行n列的子陣中的第k行l(wèi)列的陣元在第q個脈沖下的第p個目標散射點處的相移值設定為q＝1,2,...,Q,Q脈沖總個數(shù),m＝1,2,3,...,M，M為天線陣面行數(shù)，n＝1,2,3,...,N，N為天線陣面列數(shù)，l＝1,2,3,...,L，L為子陣的列數(shù)，k＝1,2,3,...,K，K為子陣的行數(shù)；

步驟2，對第q個脈沖下的含P個目標散射點的回波信號進行去載頻f_c，得到第q個脈沖下的含P個目標散射點的基頻回波信號s1_q，對基頻回波信號s1_q進行距離脈壓，得到距離脈壓后的基頻回波信號s2_q；再從距離脈壓后的基頻回波信號s2_q中得到第u個距離單元內(nèi)的含P個目標散射點的回波信號u＝1,2,3...,U，U表示每個脈沖下的距離單元的總個數(shù)；

步驟3，利用相控陣雷達陣面的第m行n列的子陣中的第k行l(wèi)列的陣元在第q個脈沖下的每個目標散射點處的相移值得到Q個脈沖下的P個目標散射點的天線輻射方向性增益矩陣F，F(xiàn)維數(shù)Q×P；再利用天線輻射方向性增益矩陣F構(gòu)建Q個脈沖下的第u個距離單元內(nèi)的含P個目標散射點的回波信號s^u；再利用天線輻射方向性增益矩陣F和Q個脈沖下的第u個距離單元內(nèi)的含P個目標散射點的回波信號s^u構(gòu)建第u個距離單元內(nèi)的P個目標散射點的散射系數(shù)向量σ^u的目標函數(shù)；并且在稀疏約束條件下求解目標函數(shù)得到第u個距離單元內(nèi)的P個目標散射點的散射系數(shù)向量估計值

步驟4，先由第u個距離單元內(nèi)的P個目標散射點的散射系數(shù)向量估計值形成二維圖像Z_u，再由U個距離單元的二維圖像Z₁,Z₂,...Z_u...,Z_U按照距離單元的順序排列起來得到三維圖像Z＝[Z₁,Z₂,...Z_u...,Z_U]。

上述技術(shù)方案的特點和進一步改進在于：

(1)步驟1包括以下子步驟：