[發明專利]低信噪比下壓縮感知雷達高分辨成像設備及其成像方法

在審

• 申請號: 201510817840.1
• 申請日: 2015-11-23
• 公開（公告）號: CN105467388A
• 公開（公告）日: 2016-04-06
• 發明（設計）人: 張天鍵;蔡信;王志誠;田原;余渝生;湯振華
• 申請（專利權）人: 上海無線電設備研究所
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90
• 代理公司: 上海信好專利代理事務所(普通合伙) 31249
• 代理人: 張妍;張靜潔

技術領域

本發明涉及一種低信噪比下壓縮感知雷達高分辨成像設備及其成像方法。

背景技術

現有的雷達系統有較為成熟的合成孔徑成像方法。其成像分辨率與點擴散函數的主瓣寬度有關，而主瓣寬度受限于發射信號帶寬和方位合成孔徑長度。且常規合成孔徑雷達成像的旁瓣較高，在目標場景存在噪聲或雜波干擾時，成像效果失效，影響后續目標的檢測和識別。

經過對國內外數據庫進行檢索，檢索結果如下所述：

授權專利CN103954963A“一種基于CS算法的步進頻SAR成像方法”，公開日期2014年7月30號，該方法提出了采用頻率步進體制實現高分辨雷達成像，即在發射端采用中心頻率步進的窄帶線性調頻信號，在接收端利用頻率合成技術合成大帶寬，實現高分辨成像。該方法雖在接收前端降低了對芯片性能要求，然而對各個子脈沖的相參性要求較高，且對多普勒敏感，對于運動目標容易成像模糊。

授權專利CN104808200A“一種超寬帶雷達成像方位向柵瓣抑制方法”，公開日期2015年7月29日，該方法提出了計算每個成像點的擴展相干因子ECF，并利用該因子對原始成像結果進行加權，以抑制旁瓣。該方法在抑制目標旁瓣的同時，會使目標的主瓣展寬，對于成像場景的高頻部分成像效果較差。

授權專利CN104111458A“基于雙重稀疏約束的壓縮感知合成孔徑雷達成像方法”，公開日期2014年10月22日，該方法用于解決降采樣時傳統合成孔徑雷達成像方法不能得到完整SAR圖像及時間損耗大的問題，該方法在沒有噪聲時能獲得較好的成像效果，在信噪比較弱時，目標場景回波“淹沒”在噪聲中，影響成像質量。

授權專利CN102279394B“低頻窄帶高分辨超聲探測成像方法”，公開日期2013年6月26日，該方法主要解決低頻窄帶超聲探測器縱向分辨率低的問題，由于超聲成像與雷達成像過程本身的差異性，該方法并不適用于高分辨雷達成像過程。

發明內容

本發明提供一種在低信噪比下壓縮感知雷達高分辨成像設備及其成像方法，能夠實現小孔徑雷達用較少的回波數據量在有效抑制噪聲干擾和旁瓣的同時，實現高分辨成像，提高了小孔徑雷達系統的性能指標。

為了達到上述目的，本發明提供一種低信噪比下壓縮感知雷達高分辨成像設備，包含：

雷達收發單元，用于探測并獲取噪聲背景下的目標場景回波信號；

壓縮采樣單元，其輸入端電性連接雷達收發單元的輸出端，用于對回波信號進行壓縮降采樣；

信號處理單元，其輸入端電性連接壓縮采樣單元的輸出端，用于建立不同方位角度下的時域二維數據平面；

成像識別單元，其輸入端電性連接信號處理單元的輸出端，用于構建距離維基矩陣和方位維基矩陣，將時域二維數據平面投影到距離維基矩陣上，在方位維構建雷達成像模型，通過逆問題優化求解，獲取高分辨圖像。

所述的壓縮采樣單元包含：

寬帶偽隨機解調器，將目標反射的線性調頻回波信號用隨機調制序列進行調制；

模擬濾波器，其輸入端電性連接寬帶偽隨機解調器的輸出端，對調制后的信號進行濾波；

低速采樣器，其輸入端電性連接模擬濾波器的輸出端，對濾波后的信號進行量化降采樣，將模擬信號轉換為數字信號，生成離散化的雷達回波信號。

本發明還提供一種雷達高分辨成像方法，包含以下步驟：

步驟S1、雷達收發單元沿雷達方位向連續多次收發，獲取噪聲背景下的多個目標場景回波信號；

步驟S2、壓縮采樣單元對步驟S1中獲得的回波信號進行混疊降采樣，獲得單個脈沖下混疊降采樣后的雷達回波數據；

步驟S3、信號處理單元根據步驟S2中獲得的多個雷達回波數據，建立不同方位角度下的時域二維數據平面；

步驟S4、成像識別單元構建距離維基矩陣和方位維基矩陣，將步驟S3中獲得的時域二維數據平面投影到距離維基矩陣，在方位維構建雷達成像模型，通過逆問題優化求解，獲取高分辨圖像。

所述的步驟S1中，雷達收發單元在不同方位角處等間隔連續發射信號，并連續接收目標反射的回波信號；

雷達收發單元的發射信號為線性調頻信號，接收到的回波信號是由不同反射強度的目標所反射的線性調頻信號延遲的疊加。

所述的步驟S2具體包含以下步驟：

步驟S2.1、壓縮采樣單元接收雷達收發單元發送的目標反射的線性調頻回波信號；