[發明專利]一種三維GTD散射中心模型的散射中心點的參數估計方法

有效

• 申請號: 202010779823.4
• 申請日: 2020-08-05
• 公開（公告）號: CN111999712B
• 公開（公告）日: 2023-06-23
• 發明（設計）人: 張小寬;鄭舒予;宗彬鋒;周劍雄;徐嘉華;張敬偉;馬前闊;郭藝奪
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍空軍工程大學
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G06F17/16
• 代理公司: 西安研創天下知識產權代理事務所(普通合伙) 61239
• 代理人: 楊鳳娟

本發明公開了一種三維GTD散射中心模型的散射中心點的參數估計方法，包括以下步驟，S1：基于雷達目標后向電磁數據構建Hankel矩陣，得到原目標回波數據矩陣Xsupgt;x/supgt;；S2：定義大小為PQL×PQL的置換矩陣J，得到目標回波數據共軛數據信息的矩陣Esubgt;conj/subgt;；S3：將步驟S2中得到的矩陣Esubgt;conj/subgt;及原目標回波數據矩陣Xsupgt;x/supgt;的自相關矩陣進行相加，并作取平均處理，得到一個過程協方差矩陣R，S4：令最終總協方差矩陣Rsubgt;1/subgt;＝RRsupgt;H/supgt;＝Rsupgt;2/supgt;；S5：利用經典3D?ESPRIT算法對矩陣Rsubgt;1/subgt;進行處理，即可得到三維GTD散射中心模型中的各個參數。本發明中的方法可提高對目標原始回波數據的利用率并增大信號特征值與噪聲特征值之間差距，等效為增大信噪比，從而提高了散射中心的分辨率。

技術領域

本發明涉及雷達成像技術領域，尤其涉及一種三維GTD散射中心模型的散射中心點的參數估計方法。

背景技術

隨著現代雷達技術的不斷發展以及對于全空間、全極化目標電磁散射特性數據需求的不斷增長，存儲、利用這些海量目標電磁散射特性數據的壓力也日益加大。在高頻區，雷達目標的后向電磁散射回波可視為有限個強散射點的相干疊加，而這些強散射點通?？煞Q為雷達目標的散射中心。散射中心作為雷達目標的電磁散射特性之一，在雷達目標識別，RCS頻率內插與外推，雷達目標三維重構等軍事領域應用十分廣泛。

通過構建合理的散射中心模型，可更有效的描述目標的散射特性，對深入研究其散射機理起到重要的作用。目前，基于幾何繞射理論的(GTD)散射中心模型對目標在高頻區散射特性的刻畫最為準確。GTD模型可細分為一維、二維、三維GTD模型，隨著維數的增大，其對目標電磁散射特性刻畫的越來越精準，但運算復雜度也相應的變大，參數估計的難度也隨之增大。因此，大多數研究者主要利用各類算法，如MUSIC算法、ESPRIT算法、MEMP算法等對一維GTD、二維GTD模型進行參數估計提取。

此外，文獻《一種基于3D-ESPRIT的散射中心參數估計算法[J]》([14].溫曉楊,石志廣,趙宏鐘,等；雷達科學與技術,2007,5(2):119-123.)中利用3D-ESPRIT算法對散射中心模型參數進行估計，但存在參數失配與低信噪比時參數估計精度不高的問題；文獻《光學區雷達目標散射中心提取及其應用研究[D]》(王菁；南京：南京航空航天大學，2010.)提出一種改進的3D-ESPRIT算法，有效解決了參數失配問題，但在信噪比情況下，該文獻中改進算法的參數估計也較低。

根據文獻《光學區雷達目標散射中心提取及其應用研究[D]》中提出的3D-GTD散射中心模型，目標后向電磁散射數據可等效為I個強散射中心疊加合成的，其數學表述為

式中：表示目標后向電磁散射回波，I代表散射中心個數，{A_i，α_i，x_iy_i，z_i}分別表示第i個散射中心的散射強度、散射類型、橫向距離、縱向距離及垂直距離。f_m＝f₀+mΔf，m＝1，2，…，M，f₀為起始頻率，Δf為步進頻率，m代表頻率下標，M代表總頻率個數；

θ_n＝θ₀+nΔθ，n＝1，2，...，N，其中θ₀為起始方位角，Δθ為步進方位角，n為方位角下標，N代表總方位角個數；其中為起始俯仰角，為步進俯仰角，k為俯仰角下標，K為總俯仰角個數；nΔθ、分別為方位方向上的小轉角、俯仰方向上的小轉角。