[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

本發明公開的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，采用和差通道接收數據，對兩通道的信號進行距離向脈沖壓縮，并對其分幀；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；利用和通道數據自適應迭代估計的最佳權系數對差通道數據做同樣的處理；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，獲得距離?方位圖像；再將圖像投影到地面直角坐標，得到最終輸出。本發明解決了同一波束內多目標測角導致的單脈沖成像分辨率下降問題，提高了雷達前視成像的質量。

技術領域

本發明屬于機載單脈沖雷達自適應濾波和陣列信號處理技術領域，具體涉及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。

背景技術

為獲取二維高分辨圖像，運動平臺雷達往往采用合成孔徑雷達(SAR)技術或多普勒波束銳化(DBS)技術實現成像。合成孔徑雷達是在載機雷達平臺運動過程中，利用真實尺寸較小的單天線按照一定的頻率發射脈沖信號，并對回波信號的相干積累形成等效長線性陣列。DBS是利用不同方位目標的多普勒頻率不同，從而實現分辨不同方位目標的目的。然而，現有的SAR與DBS成像無法覆蓋飛行路線正前方，這是因為在載機雷達運動路線的正前方和前下方，SAR和DBS接收到的回波多普勒梯度幾乎為零，導致方位分辨率急劇下降，而且在正前方和前下方左右對稱的目標回波的多普勒中心頻率相同，導致左右模糊的現象，從而形成所謂的成像“盲區”。而前視區域對于運動平臺來說，恰恰是一個極為重要、敏感的區域，對飛機盲著陸、末端制導、戰場偵查等都有著重大意義。

針對這種情況，很多學者都開展了針對機載平臺前視成像的研究工作。在公開的技術方案中，單脈沖成像技術將天線掃描與單脈沖測角相結合，利用測角實現精確的目標角度估計，大大提高了方位向分辨率，具有系統結構復雜度低、實時性強且對載機平臺飛行航跡無特殊要求等優勢，是一種切實可行的前視成像技術。單脈沖測角技術在理論上具有很高的測量精度，但在單個脈沖對同一波束寬度內的多目標測角時會出現虛假目標的問題，造成測角性能惡化，前視區域的分辨質量下降。針對以上問題，如何在多普勒域實現超分辨，抑制由FFT引起的高旁瓣和降低主瓣寬度，進而減小多普勒旁瓣對單脈沖測角和能量投影的影響，仍是實際處理中需要解決的一個關鍵問題。

發明內容

發明目的：本發明提出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，解決的是在多普勒域實現超分辨，利用自適應迭代的方法克服基于傅里葉變換引起的高旁瓣的問題，提高雷達前視成像的質量。

技術方案：本發明所述的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，包括以下步驟：

(1)采用和差通道接收數據，對兩通道的信號進行距離向脈沖壓縮，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，獲得距離-方位圖像；

(5)再將圖像投影到地面直角坐標，得到最終輸出。

進一步地，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；

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：