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并求解，利用方位信號功率和協方差矩陣的計算關系構建迭代表達式，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決定，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，對實現精確制導、飛行器行進軌跡中的復雜地形規避等具有重要的意義。
[0005]對于規則運動的平臺，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.,利用規則運動平臺與側視成像區域內目標的相對運動所產生的二階多普勒相位，使用匹配濾波技術實現方位向角高分辨，然而對于平臺運動前視或后視區域，以及靜止或不規則運動平臺，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的情況，單脈沖處理會導致嚴重的角閃爍現象出現。
[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，該技術利用成像區域內噪聲與目標的統計特性構建目標函數，通過求解并構造迭代公式，實現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生多普勒相位實現方位角高分辨，然而該方法不適用于靜止目標高分辨探測。
【發明內容】
[0009]本發明的針對上述問題，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，在低信噪比環境下仍然能夠實現對噪聲有效抑制，防止虛假目標的出現。
[0010]本發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:
【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:
其中，s(t，τ)表示回波相干解調信號，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表示發射信號波長，Rtl表示運動平臺與目標之間的距離，Ka表示發射信號的時間調頻斜率，c表示光速山表示發射信號個數，Q1表示第I個發射信號時天線的指向位置，σ 1表示幅度參數； 512:掃描雷達成像區域的方位時間向量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； 513:掃描雷達成像區域的距離時間向量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； 52:回波數據距離向脈沖壓縮，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:構造距離向匹配濾波函數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，構造KXN維的加權矩陣w，求最優加權矩陣: 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置，I.I2表示向量各元素的平方和； S42:得到目標函數關于加權矩陣的最優解:
W= (Η( θ )ΡΗ( Θ )H+Rn)^H( θ )P 其中，H( θ )PH( Θ )H表不信號的協方差矩陣，
表不信號
功率譜矩陣，Rn為噪聲協方差矩陣； S42:求解出關于方位目標的估計值f;
S5:迭代最小均方估計，通過構建迭代表達式以實現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，
S6:判斷迭代是否收斂； S7:實波束角超分辨成像。
2.根據權利要求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，K表示方位向采樣點數，D表示單個波束采樣點數。
4.根據權利要求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
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
7.根據權利要求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 ￡ 當連續兩次迭代結果lt+1-f。！ > ε時返回步驟五繼續進行迭代計算，直到滿足fo+1-fo I 彡 ε 為止; 其中，σ表示迭代次數。
【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 優先權日:2014年8月22日
【發明者】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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