[發明專利]一種基于多普勒域超分辨處理的單脈沖雷達前視成像方法

在審

• 申請號: 202111462493.7
• 申請日: 2021-12-02
• 公開（公告）號: CN114355343A
• 公開（公告）日: 2022-04-15
• 發明（設計）人: 吳迪;劉明杰;朱岱寅
• 申請（專利權）人: 南京航空航天大學
• 主分類號: G01S13/90
• 分類號: G01S13/90;G01S7/28
• 代理公司: 南京蘇高專利商標事務所(普通合伙) 32204
• 代理人: 柏尚春

1.一種基于多普勒域超分辨處理的單脈沖雷達前視成像方法，其特征在于，包括以下步驟：

(1)采用和差通道接收回波數據，對兩通道的信號進行距離向脈沖壓縮處理，并對其分幀；

(2)利用基于最小均方誤差(MMSE)的迭代自適應方法對脈沖壓縮后的和通道數據的每個子幀做超分辨處理，將數據變到距離多普勒域；

(3)將步驟(2)中對和通道數據自適應迭代估計的最佳權系數直接運用到對應的差數據中，同樣將其變到距離多普勒域；

(4)逐距離-多普勒單元對超分辨后的和差通道數據做單脈沖測角處理，將和波束能量投影到對應的距離-方位單元，得到距離-方位圖像；

(5)將圖像投影到地面直角坐標，得到最終輸出結果。

2.根據權利要求1所述的基于多普勒域超分辨處理的單脈沖雷達前視成像方法，其特征在于，所述步驟(1)實現過程如下：沿方位向放置兩個陣元分別獨立接收回波數據，將得到的數據進行加減形成和、差通道數據，構成典型的和、差接收系統，然后對兩組數據進行距離向脈沖壓縮并分幀；

在飛行方向的前方有K個點目標，方位角分別為θ＝[θ₁,θ₂,…,θ_k]；則和、差通道的回波信號矢量為：

其中，a(θ_k)是不同方位點目標的幅度參量，它與雷達散射截面(RCS)直接成正比，Σ(θ_k)和△(θ_k)分別為雷達的和、差波束天線方向圖，s(t)為M×1的發射信號矢量；運動平臺沿著y軸不斷向前行進，并通過掃描的方式獲得二維回波采樣，對其進行距離徙動校正，并且利用脈沖壓縮技術來實現距離向分辨率的提高，最后得到和、差通道的二維數據Y_Σ、Y_△∈C_M×P；

利用傳統的匹配濾波方法在頻域對回波信號進行脈沖壓縮，匹配濾波器為發射信號頻譜的復共軛，為：

H(f)＝S(f)^* (2)

其中，S(f)表示發射信號的頻譜，*表示向量的復共軛，距離向脈壓后，以連續N個脈沖回波作為一幀子圖，對Y_Σ、Y_△進行分幀。

3.根據權利要求1所述的基于多普勒域超分辨處理的單脈沖雷達前視成像方法，其特征在于，所述步驟(2)實現過程如下：

以連續N個脈沖回波作為一幀子圖，對其做方位向Q點FFT時，第q個多普勒頻點的傅里葉變換基向量為：

其中，△fd＝PRF/Q是由脈沖重復頻率所確定的均勻多普勒域采樣間隔，t＝[t₁,t₂,…,t_N]為子幀相對應的方位慢時間，[·]^T表示矩陣轉置；當不同目標間的多普勒頻差大于△fd時，多普勒處理可將目標區分開，實現多目標分辨的能力；

匹配濾波器輸出的離散信號模型為：

其中，是匹配濾波器輸出的第l個多普勒單元的估計值，是和通道回波中同一距離門內的N個連續采樣，l＝1,2,…,Q，[·]^H表示矩陣復共軛轉置；

基于最小均方誤差(MMSE)的迭代算法為每個多普勒單元估計最佳的濾波器系數ω(l)，第l個多普勒單元的估計值為：

基于MMSE準則，構造代價函數：

其中，E[·]表示期望，x(l)表示方位向沖擊響應；為了使估計的誤差最小，J(l)對ω(l)求梯度，并令其為零，即：

假定各多普勒單元的沖擊響應不相關即E[x(m)x(n)]＝0，m≠n時，且與噪聲統計獨立，則式(7)轉變為：

其中，|x(l)|²表示期望功率，表示回波信號中高斯白噪聲的功率，I_N表示N×N維的單位矩陣；同時采用迭代算法，將前一次迭代的匹配輸出作為下一次迭代的輸入。

4.根據權利要求1所述的基于多普勒域超分辨處理的單脈沖雷達前視成像方法，其特征在于，所述步驟(4)實現過程如下：

構造定向特性關系式：

其中，S_∑(n,m)、S_△(n,m)分別為第n個距離單元，第m個多普勒單元的和、差信號，θ表示相對于波束中心線方向的方位角，d表示單脈沖天線雙通道相位中心間隔；逐距離-多普勒單元對每一個存儲單元信號進行單脈沖測角處理，由于在主瓣范圍內θ的變化范圍很小，sin(θ)≈θ的近似關系成立，因此：

根據式(11)得出每個存儲單元信號所對應的地面目標在實波束中的方位角θ，將信號重新定位，根據波束掃描速度將經過單脈沖處理后的信號進行積累，完成從距離多普勒域到距離-方位的能量投影；依次對每一幀子圖進行上述操作，得到掃描區域的圖像。