[發明專利]低信噪比條件下的微波凝視關聯成像方法

有效

• 申請號: 201711175023.6
• 申請日: 2017-11-22
• 公開（公告）號: CN107678028B
• 公開（公告）日: 2020-05-12
• 發明（設計）人: 郭圓月;袁博;王東進;陳衛東;鄧杰;夏瑞;李泓旻
• 申請（專利權）人: 中國科學技術大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 北京凱特來知識產權代理有限公司 11260
• 代理人: 鄭立明;鄭哲

1.一種低信噪比條件下的微波凝視關聯成像方法，其特征在于，包括：

微波隨機輻射源陣列各個發射單元同步發射長時寬且隨機調頻脈沖信號；

在天線波束覆蓋區域內形成隨機輻射場，與觀測目標相互作用，產生散射回波；

由單路接收機同步接收散射回波信號，再進行并行脈沖壓縮處理；

由閾值門限優化選擇的散射回波信號樣本，并與相應時刻基于并行脈沖壓縮處理的修正隨機輻射場，共同構建新型關聯成像模型；

基于新型關聯成像模型，通過關聯成像算法，反演得到觀測目標圖像，包括：基于新型關聯成像模型中散射回波矩陣矢量S_out以及修正隨機輻射場矩陣矢量H，再結合關聯成像算法，反演得到觀測目標圖像，表示為：

其中，為觀測目標散射系數矩陣矢量σ的反演圖像，為關聯成像算法的算符。

2.根據權利要求1所述的一種低信噪比條件下的微波凝視關聯成像方法，其特征在于，

所述微波隨機輻射源陣列由在天線孔徑D內呈均勻分布或非均勻隨機分布的N個發射單元組成，各個發射單元同步發射長時寬且隨機調頻脈沖信號，表達形式為：

其中，S_i(t)為第i個發射單元的發射信號，t為時間，f_i^l為第i個發射單元第l個發射脈沖的中心頻率，在系統帶寬B范圍內隨機選擇，i＝1,...,N，l＝1,...,L，L為發射脈沖總數；K為各個發射單元線性調頻斜率，τ為發射脈沖持續時間，T為發射脈沖重復周期，且T＞＞τ；rect[]為矩形窗函數；

所述隨機調頻脈沖信號S_i(t)的頻譜滿足如下兩個條件：

各個發射單元同次脈沖發射的信號頻譜之間沒有交疊，即：

所有發射單元發射的信號頻譜均在系統帶寬B內，即：

其中，f_o為發射單元和接收機通帶的中心頻率。

3.根據權利要求1所述的一種低信噪比條件下的微波凝視關聯成像方法，其特征在于，在天線波束覆蓋區域內形成的隨機輻射場為：

其中，S_i(t)為第i個發射單元的發射信號，是第i個發射單元天線相位中心位置矢量；為第j個目標分辨單元的位置矢量，j＝1,...,M，M＝P×Q為成像區域內進行空間離散化劃分的目標分辨單元網格數，P為方位向分辨單元數，Q為距離向分辨單元數；為第i個發射單元方向圖，為第j個目標分辨單元的位置矢量相對于第i個發射單元天線相位中心位置矢量的空間方向單位矢量；c為光速。

4.根據權利要求3所述的一種低信噪比條件下的微波凝視關聯成像方法，其特征在于，單路接收機同步接收的散射回波信號S_echo(t)表示為：

其中，σ_j為第j個目標分辨單元的目標散射系數，為單路接收機天線方向圖，為第j個目標分辨單元的位置矢量相對于單路接收機天線相位中心位置矢量的空間方向單位矢量；n(t)為接收信號的噪聲。

5.根據權利要求4所述的一種低信噪比條件下的微波凝視關聯成像方法，其特征在于，由單路接收機同步接收散射回波信號S_echo(t)，再進行并行脈沖壓縮處理，其中對應于第l個發射脈沖的散射回波信號的并行脈沖壓縮函數為：

經過并行脈沖壓縮處理后，第l個發射脈沖的散射回波信號為：

其中，為散射回波信號S_echo(t)中的第l個脈沖回波，是第i個發射單元發射第l個脈沖信號的初相位，為并行脈沖壓縮處理后的噪聲。

6.根據權利要求5所述的一種低信噪比條件下的微波凝視關聯成像方法，其特征在于，所述由閾值門限優化選擇的散射回波信號樣本，并與相應時刻基于并行脈沖壓縮處理的修正隨機輻射場，共同構建新型關聯成像模型包括：

對于并行脈沖壓縮后第l個發射脈沖的散射回波信號設置閾值門限平電h，優化選擇的散射回波信號樣本其對應的采樣時刻t_lk為則對于所有散射回波信號樣本構建的新型關聯成像模型為：

其中，對應于時刻t_lk，定義基于并行脈沖壓縮處理的修正隨機輻射場h_j(t_lk)為：

所述新型關聯成像模型的矩陣矢量形式為：

S_out＝H·σ+n₀；

其中，[H]_jl＝h_j(t_lk)，分別為基于并行脈沖壓縮處理的散射回波矩陣矢量、修正隨機輻射場矩陣矢量和噪聲矩陣矢量，σ＝[σ₁ σ₂ … σ_M]^T為觀測目標散射系數矩陣矢量；[H]_jl表示矩陣矢量H中第j行第l列元素。