[發明專利]基于壓縮感知的頻率分集陣列雷達地下目標三維成像方法

有效

• 申請號: 202110256588.7
• 申請日: 2021-03-09
• 公開（公告）號: CN113109807B
• 公開（公告）日: 2022-09-23
• 發明（設計）人: 劉慶華;周辰;廖可非;王海濤;晉良念
• 申請（專利權）人: 桂林電子科技大學
• 主分類號: G01S13/88
• 分類號: G01S13/88;G01S13/89;G01S7/41
• 代理公司: 桂林文必達專利代理事務所(特殊普通合伙) 45134
• 代理人: 白洪

本發明公開了一種基于壓縮感知的頻率分集陣列雷達下目標三維成像方法，使用兩個FDA雷達對待測區域發射信號并接收回波數據，然后使用不同中心頻率的帶通濾波器進行濾波處理，固定時間進行采樣取值，并記錄為向量，隨后，對待探測區域建立直角坐標系，并對探測區域進行網格劃分，計算兩個陣列中每對陣元相對于該網格的傳播時延，并用各個網格的時延建立字典和相應的場景反射系數，將所有劃分的字典和場景反射系數重新堆疊，使用正交匹配追蹤算法對場景反射系數進行重構，最后，對場景反射系數進行拆分和重新拼接，即可得到三維成像結果，從而減少了所需回波采樣點數，減輕了數據采集的壓力，成像結果更為穩定，并可以更直觀的分辨地下目標方位。

技術領域

本發明涉及探地雷達信號處理技術領域，尤其涉及一種基于壓縮感知的頻率分集陣列雷達地下目標三維成像方法。

背景技術

由于頻率分集陣列由于其頻率單一和同時收發的優點，所以頻率分集陣列雷達地下目標成像技術在軍事和民用領域有廣泛的應用前景。目前大多數人研究的頻率分集陣列都是針對于自由空間中的目標，通過信號源定位或者后向投影進行目標成像。這些雷達目標成像技術大都是利用數學模型進行大量運算得到的結果，不僅算法不易實現實時性和準確性要求，而且不能直接適用于地下環境。

發明內容

本發明的目的在于提供一種于壓縮感知的頻率分集陣列雷達地下目標三維成像方法，旨在解決現有技術中的傳統方法采用的算法不易實現實時性和準確性要求，而且不能直接適用于地下環境的技術問題。

為實現上述目的，本發明采用的一種基于壓縮感知的頻率分集陣列雷達地下目標三維成像方法，包括如下步驟：

使用兩個相互獨并共有N個陣元立的FDA雷達對待測區域發射信號并接收回波數據；

在每個陣元接收回波信號后，使用不同中心頻率的帶通濾波器進行濾波處理；

將濾波處理后的回波信號以固定時間t₀進行采樣取值，并記錄為向量；

兩個FDA雷達平行設置，以第一個FDA雷達到第二個FDA雷達為z軸正方向，第一個FDA雷達第一個陣元到第N/2個陣元為x軸正方向，地面到地心為y軸正方向建立三維坐標系，并使用等步長對待探測區域進行網格劃分；

計算兩個陣列中每對陣元相對于各個網格的傳播時延，并用各個網格的時延建立字典和相應的場景反射系數；

將所有z軸劃分的字典和場景反射系數矩陣重新堆疊；

使用正交匹配追蹤算法對場景反射系數進行重構，按照劃分網格時的形式對場景反射系數進行拆分和重新拼接，即可得到三維成像結果。

使用兩個相互獨立的FDA雷達對待測區域發射信號并接收回波數據的步驟中：

兩個相互獨立的FDA雷達共有N個陣元，間距為Z，間距取值應保證可以獲得有效回波信號，可用1/R來估計回波信號幅值，其中R為信號傳播為陣元到待探測區域的最遠傳播路徑。

將濾波處理后的回波信號以固定時間t₀進行采樣取值，并記錄為向量的步驟中：

所選取的固定時間必須滿足t₀＞＞max(τ_i)，其中τ_i是第i個目標反射后信號的雙程時延；

向量為由第n個陣元發射第m個陣元接收的，回波信號經中心頻率為f_n的，帶通濾波器濾波后的采樣值。

在使用等步長對待探測區域進行網格劃分的步驟中：

在每個坐標軸上以等距離Δd為步長對待探測區域進行網格劃分。

計算兩個陣列中每對陣元相對于各個網格的傳播時延的步驟中：