一種實波束雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種實波束雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，克服了傳統(tǒng)實波束雷達方位向角分辨率低的問題。通過建立方位回波信號的最小均方誤差目標函數(shù)并求解，利用方位信號功率和協(xié)方差矩陣的計算關系構(gòu)建迭代表達式，該方法通過迭代計算使對方位目標的估計逐步逼近真實目標位置，實現(xiàn)實波束雷達的方位角超分辨。
【專利說明】一種實波束雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達【技術領域】，具體涉及實波束掃描雷達角超分辨。
【背景技術】
[0002]實波束雷達由于不受平臺運動模式的限制能夠廣泛用于目標追蹤、地形回避和海上救援等軍用和和民用領域。
[0003]實波束雷達波束在方位上均勻地掃描被探測區(qū)域，并獲取目標在空間方位上的反射信息。作為一種常用的雷達工作體制，實波束雷達不受平臺運動模式制約，在民用和軍用領域都有著廣闊的應用前景。然而實波束雷達的角分辨率主要由雷達孔徑?jīng)Q定，孔徑越大，分辨率越高。而實際應用中，受平臺尺寸和制作工藝限制，實波束雷達的孔徑是有限的。因此，實波束雷達的角分辨率往往不能滿足各類應用的需求。
[0004]提高雷達的角分辨率能夠改善目標探測和追蹤精度，提高地形識別的能力和海上救援能力，對實現(xiàn)精確制導、飛行器行進軌跡中的復雜地形規(guī)避等具有重要的意義。
[0005]對于規(guī)則運動的平臺，可以采用合成孔徑的技術來形成虛擬的大孔徑，從而獲得高的角分辨率。文獻:01iver C J.Synthetic - aperture radar imaging[J].Journal ofPhysics D:Applied Physics, 1989,22(7):871.,利用規(guī)則運動平臺與側(cè)視成像區(qū)域內(nèi)目標的相對運動所產(chǎn)生的二階多普勒相位，使用匹配濾波技術實現(xiàn)方位向角高分辨，然而對于平臺運動前視或后視區(qū)域，以及靜止或不規(guī)則運動平臺，該方法不適用。
[0006]單脈沖技術是另一種適用于運動平臺模式的方位向角超分辨方法，該技術基于和差波束測角原理，可以應用于平臺前視和后視區(qū)域。文獻:《機載雷達單脈沖前視成像算法》(《中國圖象圖形學》2010，15(3):P462 -469)采用單脈沖測角技術進行方位向角超分辨成像。然而該技術只適用于孤立強點目標，對于存在多個散射中心，特別是多個散射中心分布于單個實波束內(nèi)的情況，單脈沖處理會導致嚴重的角閃爍現(xiàn)象出現(xiàn)。
[0007]反卷積方法是第三種適用于運動平臺模式的方位向角超分辨方法，該技術利用成像區(qū)域內(nèi)噪聲與目標的統(tǒng)計特性構(gòu)建目標函數(shù)，通過求解并構(gòu)造迭代公式，實現(xiàn)對原始目標的高角分辨復原。文獻:Daolin Z, Yulin H, Jianyu Y.Radar angular superresolut1nalgorithm based on Bayesian approach[C]//Signal Processing (ICSP), 2010 IEEE10th Internat1nal Conference on.1EEE, 2010:1894 - 1897.米用反卷積方法進行方位向角超分辨處理，但是該方法對噪聲敏感，只適用于高信噪比環(huán)境，當回波信號信噪比較低時，方位向角超分辨性能顯著下降。
[0008]對于靜止平臺，逆合成孔徑技術是實現(xiàn)方位角超分辨的一種有效方法。文獻:Prickett M J,Chen C C.Principles of inverse synthetic apertureradar/ISAR/imaging[C]//EASCON'80 ；Electronics and Aerospace SystemsConference.1980，1:340 -345.，利用了靜止平臺與運動目標之間切向運動所產(chǎn)生多普勒相位實現(xiàn)方位角高分辨，然而該方法不適用于靜止目標高分辨探測。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0009]本發(fā)明的針對上述問題，提出了一種實波束雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，解決了實波束雷達方位向角分辨率低的技術難題，而且通過迭代處理，在低信噪比環(huán)境下仍然能夠?qū)崿F(xiàn)對噪聲有效抑制，防止虛假目標的出現(xiàn)。
[0010]本發(fā)明提供的一種實波束雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，具體包括以下步驟:
[0011]S1:成像系統(tǒng)二維回波生成，具體包括以下步驟:
[0012]Sll:對回波進行相干解調(diào):
【權利要求】
1.一種實波速雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，其特征在于，包括: S1:成像系統(tǒng)二維回波生成，具體包括以下步驟: 511:對回波信號進行相干解調(diào):
其中，s(t，τ)表示回波相干解調(diào)信號，rect(.)表示距離時間窗，α (.)表示方位時間窗，t表示距離向時間變量，τ表示方位向時間變量，λ表示發(fā)射信號波長，Rtl表示運動平臺與目標之間的距離，Ka表示發(fā)射信號的時間調(diào)頻斜率，c表示光速山表示發(fā)射信號個數(shù)，Q1表示第I個發(fā)射信號時天線的指向位置，σ 1表示幅度參數(shù)； 512:掃描雷達成像區(qū)域的方位時間向量Ta為:
Ta = [-PRI.Na/2, -PRI.(Na/2-l)，…，PRI.(Na/2_1)]； 其中，PRI表不表不脈沖重復間隔，Na表不回波信號方位向米樣點數(shù)； 513:掃描雷達成像區(qū)域的距離時間向量I；為:
Tr = [-l/fr.Nr/2, -l/fr.(Nr/2-l)，...，l/fr.(Nr/2-l)]； 其中，fr表示距離向采樣率，Nr表示回波信號距離向采樣點數(shù)； 52:回波數(shù)據(jù)距離向脈沖壓縮，具體包括以下分步驟: 521:對回波信號進行距離向脈沖壓縮處理，通過距離向FFT得到距離向頻域、方位向時域的回波信號S(?；，τ):
522:構(gòu)造距離向匹配濾波函數(shù)H(f；):
523:將H(f；)與回波信號相乘得到距離壓縮后的距離向頻域、方位向時域的回波信號S1 (fr, τ ):
524:對S1 (fr, τ )進行距離向IFFT變換得到二維時域信號S2 (t, τ ):
53:實波束雷達方位向信號建模，得到方位向回波信號向量7為: y = Η( Θ )f+n ； 其中，Η( θ )表不方向矩陣，f表不方位向離散目標的幅度信息，η表不附加噪聲向量； 所述方位向回波信號向量y = Ly1,..., yj ； 所述方位向離散目標的幅度信息f = [f1； - ,fN]； 54:構(gòu)造最小均方估計，具體包括以下分步驟:S41:針對方位回波信號，構(gòu)造KXN維的加權矩陣w，求最優(yōu)加權矩陣: minE {| f-wHy |2}； 其中，E{.}表示均值計算，(.)H表示矩陣或者向量的共軛轉(zhuǎn)置，I.I2表示向量各元素的平方和； S42:得到目標函數(shù)關于加權矩陣的最優(yōu)解:
W= (Η( θ )ΡΗ( Θ )H+Rn)^H( θ )P 其中，H( θ )PH( Θ )H表不信號的協(xié)方差矩陣，
表不信號
功率譜矩陣，Rn為噪聲協(xié)方差矩陣； S42:求解出關于方位目標的估計值f;
S5:迭代最小均方估計，通過構(gòu)建迭代表達式以實現(xiàn)方位目標的精確估計； f0+1 = (H(O)P0H(O)^Rn)-1H(O)Pk7;NJ 0 ° 其中σ表示迭代次數(shù)，
S6:判斷迭代是否收斂； S7:實波束角超分辨成像。
2.根據(jù)權利要求1一種實波速雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，其特征在于，所述I e+j ，所述(? 所述σ,,為
3.根據(jù)權利要求1一種實波速雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，其特征在于，S3所述方向矩陣
其中，h( Θ n)表不方向向量，[hi, h2,...，hD] e Rixi為天線方向圖序列，D表不一個波束寬度的采樣點數(shù)，K表示方位向采樣點數(shù)，D表示單個波束采樣點數(shù)。
4.根據(jù)權利要求3—種實波速雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，其特征在于，K =N+D-1。
5.根據(jù)權利要求4一種實波速雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，其特征在于，所述方位向采樣點數(shù)
其中，PRF表示脈沖重復頻率，ω表示掃描速度，Φ表示掃描范圍。
6.根據(jù)權利要求5—種實波速雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，其特征在于，所
述單個波束采樣點數(shù)
7.根據(jù)權利要求1一種實波速雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，其特征在于，所述信號功率譜矩陣
8.根據(jù)權利要求1 一種實波速雷達迭代最小均方誤差角超分辨方法，其特征在于，所述步驟S6判斷迭代是否收斂，具體判斷方法為:給定一個極小值ε作為閥值，當且僅當相鄰兩次迭代結(jié)果L+1與f。滿足下式收斂條件時，判定迭代收斂，即
f o+l_f O I ￡ 當連續(xù)兩次迭代結(jié)果lt+1-f。！ > ε時返回步驟五繼續(xù)進行迭代計算，直到滿足fo+1-fo I 彡 ε 為止; 其中，σ表示迭代次數(shù)。
【文檔編號】G01S7/41GK104166129SQ201410415712
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年8月22日 優(yōu)先權日:2014年8月22日
【發(fā)明者】張寅 , 黃鈺林, 鄧敏, 王園園, 武俊杰, 楊建宇 申請人:電子科技大學
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