一种基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法.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CN110118967A(43)申请公布日2019.08.13(21)申请号201910476308.6(22)申请日2019.06.03(71)申请人电子科技大学地址611731四川省成都市高新区（西区）西源大道2006号(72)发明人张永超张启平庹兴宇张文涛张寅裴季方黄钰林杨建宇(74)专利代理机构成都虹盛汇泉专利代理有限公司51268代理人王伟(51)Int.Cl.G01S13/89(2006.01)权利要求书3页说明书8页附图4页(54)发明名称一种基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法(57)摘要本发明提出了一种基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，属于雷达成像领域。本发明在实现扫描雷达前视方位超分辨成像的同时，较好地保持目标的轮廓信息。在本发明中，首先根据扫描雷达前视成像平台运动与天线扫描的关系，将回波建模为天线方向图与目标散射系数的卷积形式，为采用卷积反演实现方位超分辨成像奠定基础；然后，在正则化框架下引入全变差算子来表征目标的先验信息，将超分辨问题转化为凸优化问题；最后，采用分裂Bregman算法来求解凸优化问题，得到目标的估计值。本发明的创新性在于引入了全变差算子表征目标的先验信息，在实现方位向超分辨成像的同时能够较好地保持目标的轮廓信息。CN110118967ACN110118967A权利要求书1/3页1.一种基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、发射线性调频信号，获取回波信号；S2、对所述回波信号进行脉冲压缩和距离走动校正，并将脉冲压缩和距离走动校正后的回波信号转换为卷积形式；S3、将超分辨问题转换为无约束凸优化问题；S4、替换变量，将所述无约束凸优化问题转换为有约束最小化问题，增加二次罚项，将所述有约束最小化问题转换为无约束最小化问题；S5、根据Bregman迭代方法，得到迭代公式；S6、初始化迭代次数、变量及迭代终值；S7、根据所述迭代公式对变量进行迭代求解；S8、当所述迭代次数和所述迭代终值的关系满足预设终止条件时，迭代结束，输出超分辨成像结果。2.如权利要求1所述的基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S1包括：机载平台的运动速度为v，高度为H，天线扫描速度为ω；初始前视角为θ0，方位角为俯仰角为α，雷达与目标间距离为R0；经过时间t后，根据几何关系，距离历史为雷达发射线性调频信号，经过下变频，接收到的回波信号为其中，τ表示距离向快时间，t表示方位向慢时间，x0表示目标散射系数，w(t)表示天线方向图调制，Tp表示发射信号时宽，rect(·)表示矩形窗函数，k表示线性调频率，f0表示载频，τd＝2R(t)/c表示时延，c表示光速。3.如权利要求2所述的基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S2包括：对所述回波信号进行脉冲压缩和距离走动校正处理，并将处理后的回波信号转换为距离-角度域，表示为其中，A(θ-θ0)表示天线方向图函数在角度域的调制；将回波信号转换为卷积形式y＝Hx+n其中，y表示回波信号，x表示目标，n表示噪声，H表示卷积矩阵。4.如权利要求3所述的基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S2包括：卷积形式y＝，其中，y＝[y(1,1)y(1,2)…y(1,N)…y(M,N)]T表示回波；x＝[x(1,1)x(1,2)…x(1,N)…x(M,N)]T表示目标，n＝[n(1,1)n(1,2)…n(1,N)…n(M,N)]T表示噪声，M和N分别表示距离向和方位向采样点数，T表示卷积转置，H表示卷积矩阵，2CN110118967A权利要求书2/3页表示为T其中，h＝[h(θ1)h(θ2)…h(θL)]表示天线方位图。5.如权利要求3所述的基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S3包括：在正则化框架下，将超分辨问题转换为无约束凸优化问题其中，x表示x的估计值，μ表示正则化参数，表示目标的全变差约束。6.如权利要求5所述的基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S4包括：令将所述无约束凸优化问题转换为有约束最小化问题增加二次罚项，将所述有约束最小化问题转换为无约束最小化问题其中，λ表示拉格朗日参数。7.如权利要求6所述的基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S5包括：令根据Bregman迭代方法，得到迭代公式其中，上标k+1和k表示迭代次数。3CN110118967A权利要求书3/3页8.如权利要求7所述的基于全变差的扫描雷达方位向超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S6包括：初始化变量x、d、b、μ、λ及迭代终值K，令迭代次数k＝0。9.如权利