[發明專利]一種掃描雷達前視成像方位超分辨方法

有效

• 申請號: 201910490276.5
• 申請日: 2019-06-06
• 公開（公告）號: CN110109097B
• 公開（公告）日: 2021-04-13
• 發明（設計）人: 張寅;張啟平;張文濤;庹興宇;毛德慶;張永超;裴季方;郭德明;黃鈺林;楊建宇
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G01S13/89
• 分類號: G01S13/89
• 代理公司: 成都虹盛匯泉專利代理有限公司 51268
• 代理人: 王偉

1.一種掃描雷達前視成像方位超分辨方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1、雷達發射線性調頻信號，接收回波信號，并對所述回波信號進行脈沖壓縮和距離走動校正處理；包括：

機載平臺的運動速度為v，高度為H，天線掃描速度為ω；初始前視角為θ₀，方位角為俯仰角為α，雷達與目標間距離為R₀；經過時間t后，距離歷史為

雷達發射線性調頻信號，經過下變頻，接收到的回波信號為

其中，τ表示距離向快時間，x₀表示目標散射強度，w(t)表示天線方向圖調制，T_p表示發射信號時寬，rect(·)表示矩形窗函數，f₀表示載頻，τ_d＝2R(t)/c表示時延，c表示光速；

對回波信號進行脈沖壓縮和距離走動校正，得到

y(τ，t)＝x₀w(t)sinc[B(τ-τ_d)]×exp(-j2πf₀τ_d)

其中，sinc(·)表示脈沖壓縮的響應函數，B表示信號帶寬；

S2、將脈沖壓縮和距離走動校正后的回波信號轉換到距離-角度域，并轉換為卷積形式；包括：

將脈沖壓縮和距離走動校正后的回波信號轉換到距離-角度域

其中，A(θ-θ₀)表示天線方向圖函數在角度域的調制；

將y(R,θ)轉換為二維卷積形式

y(θ)＝h(θ)*x(θ)+n(θ)

其中，y(θ)表示脈沖壓縮和距離走動校正后的回波信號，h(θ)表示天線方向圖函數，x(θ)表示目標分布函數，n(θ)表示噪聲；將二維卷積形式轉換為矩陣與向量形式

y＝Hx+n

其中，y＝[y(1,1) y(1,2) … y(1,N) … y(M,N)]^T表示回波信號，x＝[x(1,1) x(1,2)… x(1,N) … x(M,N)]^T表示目標，n＝[n(1,1) n(1,2) … n(1,N) … n(M,N)]^T表示噪聲，M和N分別表示距離向和方位向采樣點數，T表示卷積轉置，H表示卷積矩陣，表示為

其中，h＝[h(θ₁) h(θ₂) … h(θ_L)]^T表示天線方位圖；

S3、將超分辨問題轉換為凸優化問題；包括：

噪聲概率密度函數服從復高斯分布，即

其中，表示噪聲方差，M表示雷達回波距離向采樣點數，N表示方位向采樣點數；

目標概率密度函數服從拉普拉斯分布，即

其中，σ_t表示尺度參數；

目標似然函數為

將所述目標概率密度函數和目標似然函數表示為對數形式，即

在貝葉斯框架下，得到目標的最大后驗估計

其中，表示x的估計值；

根據所述目標的最大后驗估計，將超分辨問題轉換為凸優化問題

其中，表示正則化參數；

S4、根據Bregman迭代方法，得到所述凸優化問題的迭代公式；包括：

根據所述凸優化問題，將目標函數拆分為f(x)和g(x)，令

g(x)＝u||x||₁

線性化f(x)，將f(x)在點x^k處線性展開，即

其中，x^k表示x第k次迭代的值，λ表示迭代步長，表示梯度算子；去除常數項，得到

計算g(x)的Bregman距離

其中，表示g(·)的次梯度；

根據Bregman迭代方法，得到凸優化問題的迭代公式

S5、根據所述凸優化問題的迭代公式，對變量p進行求解，得到變量p的迭代公式；包括：

對所述凸優化問題的迭代公式進行化簡，得到

令

w^k＝H^T(Hx^k-y)

得到變量p的迭代公式

S6、初始化變量x^k，令迭代次數k＝0，設置迭代終值，根據所述變量p和凸優化問題的迭代公式，得到變量x的迭代公式；包括：

初始化迭代次數k＝0，x^k，w^k，eps₁＝C₁，eps₂＝C₂，K，其中，K表示迭代終值，C₁和C₂表示常數；

將所述變量p的迭代公式代入所述凸優化問題的迭代公式，得到目標變量x的優化問題

采用迭代壓縮閾值方法求解，得到目標變量x的迭代公式

x^k+1＝λ·shrink(w^k+1,μ)

其中，shrink(x_i,μ)＝sign(x_i)max(|x_i|-μ,0)表示壓縮算子；

S7、根據所述變量x的迭代公式計算目標變量x，令k＝k+1；包括：

S71、根據所述目標變量x的迭代公式，計算x^k+1；

S72、判斷||x^k+1-x^k||₂＜eps₁是否成立，若成立，流程進入步驟S73；若不成立，流程進入步驟S76；

S73、若||x^k+1-x^k||₂＜eps₁，計算

其中，表示向上取整，w_i表示w的第i個值；判斷是否成立，若成立，流程進入步驟S74；若不成立，流程進入步驟S75；

S74，若成立，則流程進入步驟S77；

S75，若則流程進入步驟S77；

S76、若||x^k+1-x^k||₂≥eps₁，則w^k+1＝w^k+H^T(y-Hx^k+1)，流程進入步驟S77；

S77、令k＝k+1；

S8、當k≥K-1時，迭代終止，輸出超分辨結果。

2.如權利要求1所述的掃描雷達前視成像方位超分辨方法，其特征在于，所述步驟S8包括：

S81、判斷迭代次數k和迭代終值K的大小，當k≥K-1時，進入步驟S82；當k＜K-1時，進入步驟S83；

S82、終止迭代，輸出超分辨結果x；

S83、返回步驟S7繼續進行迭代。