实孔径相控阵雷达高分辨探测成像方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局*CN103399315A*(12)发明专利申请(10)申请公布号(10)申请公布号CNCN103399315103399315A(43)申请公布日2013.11.20(21)申请号201310296170.4(22)申请日2013.07.13(71)申请人西安电子科技大学地址710071陕西省西安市太白南路2号(72)发明人赵光辉王雪磊石光明李超刘自成温超(74)专利代理机构陕西电子工业专利中心61205代理人王品华朱红星(51)Int.Cl.G01S13/89(2006.01)G01S7/41(2006.01)权权利要求书2页利要求书2页说明书7页说明书7页附图5页附图5页(54)发明名称实孔径相控阵雷达高分辨探测成像方法(57)摘要本发明公开了一种实孔径相控阵雷达高分辨探测成像方法，主要解决传统相控阵雷达成像系统角度分辨率较低，无法实现对目标区域的高分辨成像的问题。其实现步骤是：（1）根据相控阵雷达工作方式获取回波信号；（2）由回波信号的理想形式构造观测矩阵；（3）根据回波信号与观测矩阵的关系，建立相控阵雷达成像模型；（4）根据目标场景轮廓稀疏的先验信息，利用正则化的方法将雷达成像模型转化为优化模型；（5）将有约束的优化模型转化为无约束的优化表达式，并利用交替方向迭代法进行求解得到最终成像结果。本发明能在减少探测成像次数和探测数据的同时，实现对轮廓特征明显目标区域的高分辨成像，可用于目标识别。CN103399315ACN10395ACN103399315A权利要求书1/2页1.一种实孔径相控阵雷达高分辨探测成像方法，包括如下步骤：（1）根据相控阵雷达工作方式，对整个探测场景进行波束扫描，得到各角度下时域采样后的回波信号列向量其中，θp表示第p个方位角扫描角度，p∈[1,I]，I为方位角扫描角度个数；表示第q个俯仰角扫描角度，q∈[1,J]，J为俯仰角扫描角度个数；（2）依据相控阵雷达工作方式，构造各角度下的观测矩阵其中，ti∈[t1,tL]表示L点的时域采样；k∈[1,MN]表示待探测二维目标场景离散化采样后的第k个目标，M表示水平方向采样点数，N表示垂直方向采样点数；rk表示第k个目标达到相控阵雷达天线中心的距离，表示波束指向θp,时的方向图函数在第k个目标方向的响应值；c为光速，λ为雷达工作波长；p(ti)为相控阵雷达发射信号包络时域采样；（3）构建相控阵雷达成像模型：3a）将步骤（1）中各个角度得到的回波信号列向量按照扫描角度的顺序排列成一列，得到完整的回波信号列向量:其中，T表示转置；3b）将步骤（2）中各个角度下构造的观测矩阵按照扫描角度的顺序排列成一列，得到完整的观测矩阵：3c）根据相控阵雷达工作方式，当波束指向角度θp,时，将时域采样后的回波信号列向量表示为：其中，f(k)为目标场景离散化采样后第k个目标的散射系数；3d）将步骤（2）中的观测矩阵带入步骤3c）中的回波信号表达式中，得到单个角度下回波信号列向量与构造的观测矩阵之间的数据关系：2CN103399315A权利要求书2/2页其中，f=[f(1)…f(k)…f(MN)]T；3e）根据步骤3d）得到的数据关系，得到完整回波信号列向量g和完整观测矩阵C的数据关系式:g=Cf；若考虑回波信号的噪声，则建立相控阵雷达成像模型为:r=Cf+n，其中，r表示加噪声的完整回波信号列向量，n表示噪声；（4）根据探测目标场景区域轮廓的稀疏先验特征，利用正则化方法将步骤3e）中建立的成像模型转换为优化模型：其中，为目标场景区域的离散梯度，D为图像差分算子，D(1)，D(2)分别为水平方向差分算子和垂直方向差分算子，s.t.表示约束条件，表示2范数的平方，表示最小值运算符号，ε为设定误差限；（5）将步骤（4）中有约束的优化模型转化为无约束的优化表达式，然后利用交替方向迭代法求解该优化表达式，得到复系数向量f；（6）对求解得到的复系数向量f取模值，得到成像系数向量对成像系数向量进行排列，得到成像系数矩阵A，即为最终的成像结果。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤4）所述的根据探测目标场景区域轮廓的稀疏先验特征，利用正则化方法将步骤3e）中建立的成像模型转换为优化模型，按如下步骤进行：4a）将步骤3e）中的相控阵雷达成像模型：r=Cf+n，转化为最优化模型：4b）在最优化模型中加入相应的正则项Φ(f)：4c）当正则项为全变差时，得到全变差模型：4d）当||Df||取2范数时，即对f做各向同性的离散全变差处理，得到优化模型：3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤5）所述的将步骤（4）中的有约束的优化模型转化为无约束的优化表达式，按如下步骤进行：5a）引入松弛变量w，并对w和Df的残差结果进行惩罚约束；5b）结合增广拉格朗日乘子模型，得到如下