[發(fā)明專利]基于最大互信息準(zhǔn)則的ISAR高分辨成像方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201810455583.5
• 申請(qǐng)日: 2018-05-14
• 公開（公告）號(hào): CN108919263B
• 公開（公告）日: 2022-04-05
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 白雪茹;王樾;祁浩凡
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號(hào): G01S13/90
• 分類號(hào): G01S13/90
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 程曉霞;王品華

本發(fā)明公開了一種基于最大互信息準(zhǔn)則的ISAR高分辨成像方法，主要解決雜波、噪聲下對(duì)目標(biāo)實(shí)現(xiàn)高分辨ISAR成像的問題，方案包括：獲取環(huán)境與目標(biāo)信息；根據(jù)最大互信息準(zhǔn)則求解最優(yōu)發(fā)射波形的能量譜；根據(jù)能量譜調(diào)制成像信號(hào)；發(fā)射優(yōu)化后波形并錄取其回波；根據(jù)優(yōu)化后波形構(gòu)造距離向字典，對(duì)優(yōu)化后波形回波信號(hào)波形采用變分貝葉斯算法重構(gòu)得距離像矩陣；構(gòu)造方位向字典，對(duì)距離像矩陣采用變分貝葉斯算法重構(gòu)，獲得聚焦效果良好的目標(biāo)高分辨二維成像結(jié)果。本發(fā)明在雜波和噪聲下實(shí)現(xiàn)對(duì)雜波、噪聲的抑制，提高目標(biāo)和優(yōu)化后波形回波的互信息，獲得目標(biāo)的高分辨二維ISAR成像結(jié)果，用于目標(biāo)特征提取和識(shí)別。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，更進(jìn)一步涉及ISAR成像和波形優(yōu)化，具體是一種基于最大互信息準(zhǔn)則的ISAR高分辨成像方法，可用于復(fù)雜電磁環(huán)境空間目標(biāo)高分辨成像。

背景技術(shù)

在高信雜噪比條件下，現(xiàn)有的逆合成孔徑雷達(dá)ISAR能夠獲得聚焦良好的圖像，但是當(dāng)電磁環(huán)境較復(fù)雜時(shí)，很難實(shí)現(xiàn)對(duì)空間目標(biāo)的高分辨成像。傳統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)發(fā)射波形固定，沒有利用環(huán)境與目標(biāo)信息進(jìn)行發(fā)射波形優(yōu)化設(shè)計(jì)，使得在雜波、干擾等環(huán)境下雷達(dá)對(duì)目標(biāo)的成像性能受限。認(rèn)知逆合成孔徑雷達(dá)(認(rèn)知ISAR)能夠根據(jù)環(huán)境和目標(biāo)信息對(duì)發(fā)射波形進(jìn)行優(yōu)化，從而能夠在復(fù)雜環(huán)境下獲得目標(biāo)的高分辨圖像。

對(duì)于波形優(yōu)化設(shè)計(jì)問題，常用的思路是根據(jù)信號(hào)的模糊函數(shù)性質(zhì)設(shè)計(jì)發(fā)射波形，建立代價(jià)函數(shù)實(shí)現(xiàn)發(fā)射波形的優(yōu)化選擇。陳春暉在其發(fā)表的論文“一種步進(jìn)頻率信號(hào)認(rèn)知雷達(dá)波形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法”(航空學(xué)報(bào).2016,37(7):2276-2285)中提出了一種基于壓縮感知RIPless準(zhǔn)則的步進(jìn)頻率信號(hào)認(rèn)知雷達(dá)波形優(yōu)化設(shè)計(jì)方法。該方法的具體步驟為：對(duì)目標(biāo)先驗(yàn)特征信息進(jìn)行估計(jì)；采用PSO算法根據(jù)模糊函數(shù)及觀測(cè)矩陣的互相關(guān)系數(shù)準(zhǔn)則優(yōu)化發(fā)射信號(hào)的子脈沖PRI序列和載頻序列，構(gòu)造滿足優(yōu)化條件的觀測(cè)矩陣；采用OMP算法準(zhǔn)確重構(gòu)距離像，并實(shí)現(xiàn)發(fā)射波形模糊函數(shù)的優(yōu)化。但是該方法對(duì)模糊函數(shù)的優(yōu)化效果不顯著，成像環(huán)境僅考慮了目標(biāo)和噪聲，無法實(shí)現(xiàn)對(duì)雜波的抑制，由于采用OMP算法重構(gòu)，無法在低信雜噪比情況下獲得二維ISAR圖像。

最大信噪比準(zhǔn)則的波形設(shè)計(jì)算法分析匹配濾波器輸出信噪比和發(fā)射波形的關(guān)系，進(jìn)而利用最大信噪比準(zhǔn)則設(shè)計(jì)發(fā)射波形。Bell首先提出了噪聲背景下的最大輸出信噪比準(zhǔn)則的波性設(shè)計(jì)方法，其通過目標(biāo)和噪聲協(xié)方差矩陣特征值分解方法設(shè)計(jì)發(fā)射波形，協(xié)方差矩陣最大特征值對(duì)應(yīng)的特征向量就是發(fā)射波形的基本形式，然后Pillai等人提出了雜波背景下的最大輸出信(雜)噪比波形設(shè)計(jì)方法，其利用發(fā)射波形和匹配濾波器輸出信(雜)噪比的關(guān)系，通過迭代算法求解發(fā)射波形，但是該方法過程復(fù)雜，且計(jì)算量巨大，并且優(yōu)化后的發(fā)射波形與優(yōu)化前發(fā)射波形相比旁瓣較高，因此導(dǎo)致距離脈沖壓縮后距離像出現(xiàn)散焦，降低二維成像質(zhì)量。

綜上所述，通過認(rèn)知逆合成孔徑雷達(dá)的波形優(yōu)化設(shè)計(jì)算法可以提高噪聲和雜波的抑制性能，但基于模糊函數(shù)的波形優(yōu)化方法無法抑制雜波；基于最大信噪比準(zhǔn)則的波形優(yōu)化設(shè)計(jì)算法可以實(shí)現(xiàn)雜波和噪聲的抑制，但較為復(fù)雜，優(yōu)化波形一般僅適用于目標(biāo)跟蹤與探測(cè)，對(duì)于成像任務(wù)來說，優(yōu)化后波形的高旁瓣會(huì)降低成像質(zhì)量。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提出了一種對(duì)雜波、噪聲抑制效果更好的基于最大互信息準(zhǔn)則的ISAR高分辨成像方法，以實(shí)現(xiàn)在強(qiáng)雜波和噪聲情況下對(duì)目標(biāo)的精確成像，獲得聚焦良好的二維ISAR圖像。

本發(fā)明是一種基于最大互信息準(zhǔn)則的ISAR高分辨成像方法，其特征在于，包括有如下步驟：

(1)獲取環(huán)境與目標(biāo)信息：通過認(rèn)知逆合成孔徑雷達(dá)感知獲取目標(biāo)脈沖響應(yīng)譜方差雜波響應(yīng)功率譜P_C(f)及白噪聲功率譜P_N(f)，其中f表示頻域；

(2)根據(jù)最大互信息準(zhǔn)則求解最優(yōu)發(fā)射波形的能量譜：利用雷達(dá)獲取的環(huán)境與目標(biāo)信息，在原始發(fā)射信號(hào)s(t)能量與最優(yōu)發(fā)射波形能量一致的前提下，最大化目標(biāo)與回波信號(hào)之間的互信息，求得認(rèn)知逆合成孔徑雷達(dá)ISAR最優(yōu)發(fā)射波形的能量譜|S″(f)|²，|·|表示取模；