一种机载雷达实时多普勒波束锐化超分辨成像方法.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CN109613532A(43)申请公布日2019.04.12(21)申请号201910001929.9(22)申请日2019.01.02(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)发明人张永超毛德庆康瑶徐帆云庹兴宇张启平张寅黄钰林杨建宇(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)G01S7/41(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图4页(54)发明名称一种机载雷达实时多普勒波束锐化超分辨成像方法(57)摘要本发明提出了一种机载雷达实时多普勒波束锐化超分辨成像方法，属于雷达探测与成像领域。本发明通过边扫描-边获取-边处理的方式，对当前相邻相干处理间隔(CPI)的回波信号，采用快速迭代加权最小二乘估计实现多普勒波束锐化(DBS)超分辨成像，再利用相邻CPI方位回波的空间相关性，对下一CPI加权最小二乘估计结果进行递归更新，从而提升收敛速度，极大降低计算复杂度。与传统DBS成像技术相比，本发明不仅可以有效提高成像分辨率，还可以减少迭代次数，提高收敛速度，保证成像分辨率的同时，满足了成像的实时性。CN109613532ACN109613532A权利要求书1/4页1.一种机载雷达实时多普勒波束锐化超分辨成像方法，其特征在于，包括以下步骤：S1、获取当前相干处理间隔(Coherentprocessinterval，CPI)回波信号，对回波信号进行脉冲压缩和距离走动校正处理；S2、判断当前回波信号是否为第一个CPI序号，若当前回波信号为第一个CPI回波信号，流程进入步骤S3；否则流程进入步骤S4；S3、计算当前第一CPI回波信号的自相关矩阵，流程进入步骤S5；S4、更新前一CPI回波信号迭代收敛后的自相关矩阵得到当前CPI回波信号的自相关矩阵，流程进入步骤S5；S5、对当前CPI回波信号的自相关矩阵进行求逆运算，得到自相关矩阵的逆矩阵；S6、投影当前CPI回波信号，得到该CPI回波信号的多普勒波束锐化(Dopplerbeamsharpening，DBS)成像结果。2.如权利要求1所述的机载雷达实时多普勒波束锐化超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S1包括以下流程：载机平台的飞行高度为H，运动方向沿X轴方向，速度为V，初始位置的波束俯仰角和水平方位角分别为和θ0，空间方位角为α0，有雷达波束以速度w对成像场景进行扫描，载机平台初始时刻与目标之间的距离为R0，则空间中一目标P(x,y)，在初始时刻，载机平台与目标的瞬时距离为其中，t为方位向慢时间变量；雷达天线发射线性调频(linearfrequencymodulation，LFM)信号，在回波信号的频域乘以脉冲压缩匹配函数和距离走动校正因子再变换到时域，其中，f为距离向频率变量，Kr为发射信号调频斜率，α为各方位目标空间方位角度，c为电磁波传播速度，经过脉冲压缩和距离走动校正后的回波信号的时域表达式为其中，τ为距离向快时间变量，σ为目标散射系数，A(θ)为天线方向图图函数在方位向的调制，B为发射线性调频信号的带宽，f0为载波频率。3.如权利要求2所述的机载雷达实时多普勒波束锐化超分辨成像方法，其特征在于，所述步骤S3包括以下流程：当前CPI回波信号为第一个CPI回波信号时，将经过处理的回波信号表示为离散形式，s(m,n)表示第m个距离单元和第n个方位角单元的回波，m＝1,2,...,M，n＝1,2,...,N，第m个距离单元的回波向量S＝[s(1,m),s(2,m),...,s(N,m)]T为2CN109613532A权利要求书2/4页j2πk/Kj2π2k/Kj2πNk/KT其中，ak＝[e,e,...,e]，k＝0,1...,K-1，[a1,a2,...,ak,...,aK]为多普勒相位矩阵，K为多普勒频域采样点数，T为转置运算，[σ(1,m),σ(2,m),...,σ(K,m)]T为第m个距离单元内每一个多普勒频率点的目标散射系数，e＝[e(1,m),e(2,m),...,e(N,m)]T为系统加性高斯白噪声；根据加权最小二乘准则，自相关矩阵为其中，表示初始迭代时，第一个CPI的自相关矩阵；*表示共轭运算，且n的其值范围为-N+1,...,-1,0,1,...,N-1，通过k点快速傅里叶变换(FFT)得到p的初始值，R的首行向量通过IFFT得到，根据自相关矩阵R具有Hermitian特征和Toeplitz矩阵结构，可通过一行元素的计算，获得自相关矩阵的计算结果；H根据协方差矩阵和自相关矩阵的关系Qk＝R-pkak(ak)，及矩阵求逆原理，得到σk的最优估计2其中，且P＝dia