[發明專利]一種實現多普勒波束銳化成像的快速自適應迭代方法

在審

• 申請號: 201710332374.7
• 申請日: 2017-05-12
• 公開（公告）號: CN107402380A
• 公開（公告）日: 2017-11-28
• 發明（設計）人: 張寅;毛德慶;徐帆云;沙連童;張永超;黃鈺林;楊建宇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G01S13/90
• 代理公司: 成都宏順專利代理事務所(普通合伙)51227
• 代理人: 周永宏

技術領域

本發明涉及雷達探測與成像領域，尤其適用于掃描雷達多普勒波束銳化成像。

背景技術

現有脈沖多普勒雷達系統中，在載機斜前斜視方向，通常利用多普勒波束銳化成像方法實現前斜視區域的成像觀測。該方法，利用載機與目標間相互運動所產的多普勒相位變化規律，通過信號處理方法提高雷達斜前斜視區域的方位向成像分辨率。在傳統的多普勒波束銳化成像方法中，利用快速傅里葉變換(FFT)方法估計平臺和目標相對運動所產生的多普勒相位變化，但由于雷達方位向回波因天線方向圖作用所產生的低通濾波效應，導致利用FFT方法所實現的頻譜分辨率較低。因此，采用超分辨譜估計的方法實現多普勒波束銳化成像，將會對成像分辨率及成像質量的提高起到幫助作用。

為提高多普勒波束銳化成像質量，在文獻“Qi L,Zheng M,Yu W,et al.Super-resolution Doppler beam sharpening imaging based on an iterative adaptive approach[J].Remote Sensing Letters,2016,7(3):259-268.”中，采用了一種基于迭代自適應超分辨譜估計方法，將其運用于多普勒波束銳化成像中，與傳統快速傅里葉變換(FFT)方法相比，該方法提高了成像分辨率，但其存在運算復雜度高、不利于工程實現的缺點。在文獻“Yongchao Zhang,Wenchao Li,Yin Zhang.A Fast Iterative Adaptive Approach for Scanning Radar Angular Superresolution, IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing.”中，作者提出了一種基于快速矩陣求逆的快速迭代自適應(F-IAA)方法，該方法的操作矩陣必須有特定要求，不適用于多普勒波束銳化成像時所構建的操作矩陣。

基于以上背景技術，發明人提出了一種快速迭代自適應(F-IAA)方法，用于實現雷達前斜視區域的多普勒波束銳化成像。首先，該方法利用協方差矩陣的托普利茲(Toeplitz) 及埃爾米特(Hermitian matrix)特性，通過求解一列元素而快速得到協方差矩陣，其次，利用Gohberg Semencul(GS)分解方法加速求得矩陣R的逆矩陣，解決原始的利用直接迭代自適應(brute force IAA)方法中求協方差矩陣和協方差矩陣求逆的過程中的運算復雜度高，耗時長的問題，最后，通過快速迭代自適應算法所求得的譜估計結果，獲得雷達運動平臺前斜視區域的波束銳化成像結果。

發明內容

本發明為解決上述技術問題，本發明提出一種實現多普勒波束銳化成像的快速自適應迭代方法，采用迭代自適應方法，并通過回波協方差矩陣的快速計算和協方差矩陣的逆矩陣的快速求解，實現掃描雷達前斜視區域快速、高性能的波束銳化成像。

本發明采用的技術方案是：一種實現多普勒波束銳化成像的快速自適應迭代方法，包括：

S1、初始化雷達系統參數，具體為：飛機在離地面高H處，沿Y軸以恒定的速度V前進，目標點相對于飛機前進方向的方位角為θ(x_i,y_i)，飛機與目標連線方向與飛機前進方向的夾角為α，目標相對于飛機的俯仰角為飛機初始時刻與目標之間的距離為R₀，掃描雷達以恒定的角速度為ω掃描成像區域，假定目標所在的位置為(x_i,y_i)；

S2、回波信號生成，具體為：根據步驟S1的雷達系統參數得到發射信號，對該發射信號進行離散化處理，得到離散化后的回波信號；

S3、回波信號預處理，具體為：構造波束掃描距離向脈沖壓縮頻域匹配函數；將波束掃描接收到的回波信號沿距離向做快速傅里葉變換，對得到的距離頻域—方位時域信號與該匹配函數相乘，再通過快速傅里葉反變換(IFFT)得到距離向高分辨的二維信號；通過對二維脈壓信號在頻域乘以距離走動校正相位補償因子；得到經預處理的回波信號；

S4、對步驟S3得到的回波信號，通過協方差矩陣進行快速求解得到回波信號的自相關矩陣R；

S5、協方差矩陣求逆快速實現；對步驟S4得到的自相關矩陣求逆，得到R^-1；