[发明专利]一种实波束扫描雷达前视角超分辨成像方法

摘要

本发明公开了一种实波束扫描雷达前视角超分辨率成像方法，属于一种使用成像区域散射系数的全变差泛函作为先验信息的解卷积实现扫描雷达前视角超分辨成像方法。本发明中将扫描雷达方位向回波信号建模为天线波束沿方位向采样序列与目标反射率分布函数沿方位向采样序列的卷积并叠加噪声的结果，从而将扫描雷达前视角超分辨成像问题转化成解卷积问题；然后，融合成像区域散射系数的全变差泛函，作为解卷积问题的先验信息，将解卷积问题转化为约束优化问题；最后，使用交叉方向迭代法求解约束优化问题的全局最优值，实现扫描雷达前视角超分辨成像。

主权项

1.一种实波束扫描雷达前视角超分辨率成像方法，其特征在于：其包括以下步骤：步骤一：扫描雷达回波建模基于置有雷达的机载平台与场景中目标的几何关系建立前视扫描雷达的运动几何模型以获取回波数据；步骤二：回波数据距离向脉冲压缩构造距离向脉压参考信号；再将该距离向脉压参考信号与该回波数据进行最大自相关运算，实现该回波数据在距离向的脉冲压缩；步骤三：距离走动校正消除时间变量对机载平台与目标的距离函数的影响；步骤四：扫描雷达角超分辨成像问题的数学表征目标反射率分布函数的方位采样序列与天线波束方位采样序列的线性卷积，并叠加噪声的结果，将扫描雷达角超分辨成像问题转化成对应的卷积反演问题，通过求解卷积反演的问题实现扫描雷达角超分辨成像；步骤五：交叉方法迭代解卷积将目标信息由数据域投影到图像域，实现扫描雷达角超分辨成像；在步骤一中，令载机平台的移动速度为V；雷达天线的扫描速度为ω；雷达的波束俯仰角为θ；目标的方位角为记发射信号的载频为f_c，脉冲重复时间为PRI；场景中目标到雷达天线的初始斜距记为R₀；经过时间t，载机平台与场景中位于(x,y)点处目标的距离，记为R(x,y,t)；此时目标到雷达的斜距表示为对距离向和方位向进行了离散处理；其中，场景回波距离向采样点数记为N_r；方位向采样点数记为N_a；扫描雷达成像区域的方位时间向量记为T_a＝[‑PRI·N_a/2,‑PRI·(N_a/2‑1),…,PRI·(N_a/2‑1)]；距离向时间向量记为T_r＝[‑1/f_s·N_r/2,‑1/f_s·(N_r/2‑1),…,1/f_s·(N_r/2‑1)]，其中f_s为距离向采样率；设雷达发射信号为其中，表示矩形信号，其定义为T_p为发射脉冲持续时间，k为调频斜率，τ是快时间；对于成像区域Ω，回波数据表示为发射信号与目标的卷积加上噪声的结果，其解析表达式写成：其中，(x,y)为场景中目标的位置；η表示慢时间变量；f(x,y)为点(x,y)处目标的散射函数；ω_a为慢时间域的窗函数，表示天线方向图函数在方位向的调制；为天线方位角初始时刻；T_β是目标在3dB天线波束宽度的驻留时间；c为电磁波传播速度；N₁(τ,η)表示回波数据中的噪声；将式(1)表示成离散形式为：其中，N₂(τ,η)为N₁(τ,η)的离散化形式；步骤二中：构造距离向脉压参考信号其中，τ_ref表示距离向参考时间，k表示发射信号调频斜率；再将s_ref与回波数据g₂(τ,η)进行最大自相关运算，实现回波数据在距离向的脉冲压缩，脉冲压缩后的信号表示为下式：其中，B为发射信号带宽，N₃(τ,η)为g₂(τ,η)在进行脉冲压缩操作后引入系统的噪声；步骤三中：对斜距历史R(x,y,t)在t＝0处进行泰勒级数展开，得到雷达平台与目标的距离函数简化为：R(x,y,t)≈R₀‑Vt；其中，机载平台的移动速度V、时间t通过惯导设备获取；对数据g₃(τ,η)进行尺度变换，得到数据平面内，消除距离徙动后的回波信号表达式如下：其中，N₄(τ,η)为g₃(τ,η)进行距离走动校正操作后引入系统的总噪声；步骤四中：首先将式(4)转化成矩阵与向量的运算形式；即g＝Hf+n            (5)其中,上标T表示转置运算；表示快时间第1,2,…N_r个采样时刻，而下标r表示与快时间对应的成像区域的距离维；表示慢时间第1,2,…N_a个采样时刻，而下标a表示与慢时间对应的成像区域的方位维；表示成像扇区距离维第1,2,…N_r采样，下标r表示成像区域的距离维；表示成像扇区方位维第1,2,…N_a采样，下标a表示成像区域的距离维；H_i的构造方法如下：假设在第i(i＝1,2,…N_r)个距离向，对应的天线波束采样序列为其中，第k个h⁽ⁱ⁾为表示对天线波束主瓣自左向右的第k个采样点，p表示天线以天线峰值为中心，单边天线的采样点数；由(6)h⁽ⁱ⁾构建矩阵H_i