一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113671494A(43)申请公布日2021.11.19(21)申请号202110945011.7(22)申请日2021.08.17(71)申请人桂林电子科技大学地址541004广西壮族自治区桂林市金鸡路1号(72)发明人廖可非任雯欣王海涛欧阳缮张静李秀平施兴相(74)专利代理机构桂林市华杰专利商标事务所有限责任公司45112代理人陶平英(51)Int.Cl.G01S13/89(2006.01)G01S13/88(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书2页说明书5页附图4页(54)发明名称一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法(57)摘要本发明公开了一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，涉及雷达测量领域，该方法通过超分辨成像得到高分辨率的图像信息，近而反演得到高精度的RCS测量值，在阵列三维合成孔径雷达系统中，该方法主要包括如下步骤：（1）初始化参数；（2）获取回波数据；（3）三维超分辨成像；（4）提取散射中心；（5）反演得到目标远场RCS；（6）计算目标RCS的真实值。该方法利用虚拟面阵与发射带宽信号参数得到三维成像的传统分辨率，根据需求对目标场景的采样间隔进行设置，对成像场景进行超分辨采样得到高分辨图像，近而反演得到更加精确的RCS。CN113671494ACN113671494A权利要求书1/2页1.一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，其特征在于，包括如下步骤：1)初始化测量系统参数；2)获取回波数据：在二维平面上通过阵元的移动，等效合成二维的平面阵列，每个阵元通过发射步进频信号来获得回波数据；3)三维超分辨成像；4)提取散射中心：对目标特征提取，输出为ΘG(p')，其中p'表示散射点的位置；5)反演目标远场RCS，利用公式(1)重建散射场，假设阵元位置p在无穷远处，即|p|→∞：其中，表示从p'指向p的方向向量，p'∈ROI表示三维空间中感兴趣目标范围内的散射点，k为载波波数，t为距离向快时间；然后利用公式(2)，通过快速傅里叶变换将单一频率的散射分离出来，单一频率的分离公式为：其中，ω表示角频率。6)计算真实RCS：将标准散射体的散射系数记为放置的位置记为p"'，其中表示p‑p”'的方向，标准体的远场散射场记为通过下述公式(3)计算得到目标的真实RCS：2.根据权利要求1所述的一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，其特征在于，步骤1)中，所述的初始化测量系统参数，具体包括如下步骤：1‑1)将测量中心频率，记作fc；发射信号频点数，记作N；λ为测量中心频率对应的波长，采用公式λ＝c/fc计算，其中c为光速；发射信号带宽记为B；天线阵列中心距离目标中心的距离记为R；1‑2)设置天线阵元间隔为d，虚拟阵列X向阵元数目EX_num，Y向阵元数目EY_num，确定EX_num×EY_num的均匀分布虚拟全阵列；1‑3)根据阵元间隔和阵元数目，采用公式Lx＝d*EX_num得到X方向的等效阵列长度，采用公式Ly＝d*EY_num得到Y方向的等效阵列长度；1‑4)待测目标水平方位向分辨率指标，采用公式记作ρx；待测目标垂直方位向分辨率指标，采用公式记作ρy；待测目标距离向分辨率指标，采用公式记作ρz；1‑5)对目标场景进行离散化处理，水平方位向，记为X；垂直方位向，记为Y，距离向，记为Z，X向、Y向和Z向对应的离散点数目分别为Nx、Ny和Nz，根据需求确定超分辨成像需要提高2CN113671494A权利要求书2/2页的分辨率倍数ax，ay，az，由传统分辨率ρx，ρy，ρz来确定每个目标场景坐标轴对应的离散点间距3.根据权利要求1所述的一种基于超分辨成像的雷达散射截面积测量方法，其特征在于，步骤3)中，所述的三维超分辨成像，具体包括如下步骤：3‑1)定义一个大小为N×EX_numEY_num的矩阵M，其元素为在(0，1)范围内均匀分布的随机数，并且筛选出产生的随机数大于0.91的元素，将对应位置置为1；3‑2)对矩阵M元素求和，得到一个1×EX_numEY_num的列向量记为D，表示每个阵元所选用的稀疏频率的个数，对向量D再求和，即为稀疏采样的个数Num；3‑3)初始化矩阵Msense为零矩阵，大小为Num×NxNyNz；3‑4)遍历矩阵M，判断如果矩阵M中元素为1时，取出对应位置(i,j)的距离频谱数据，存入向量Q中，Q大小为Num×1，并根据j，表示阵元的X坐标与Y坐标；3‑5)遍历目标场景，获得目标点的坐标，Rmn表示第m个阵元与第n个目标点之间的距离，将获得的回波数据信号存储在矩阵Msense中，表达式为其中是一个列向量，表示第m个阵元的所有N个频点对于第n个目标点的相位；3‑6)根据得到的回波数据