一种基于空间嵌入映射的扫描雷达前视成像方法.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CN107607945A(43)申请公布日2018.01.19(21)申请号201710768829.X(22)申请日2017.08.31(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)发明人张寅吴阳毛德庆李昌林沙连童黄钰林杨建宇(74)专利代理机构成都宏顺专利代理事务所(普通合伙)51227代理人周永宏(51)Int.Cl.G01S13/89(2006.01)G01S7/41(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称一种基于空间嵌入映射的扫描雷达前视成像方法(57)摘要本发明公开了一种基于空间嵌入映射的扫描雷达前视成像方法，具体在回波距离向脉冲压缩和距离走动校正的基础上，将提高方位向分辨率的问题转化为矩阵求解问题；利用奇异值分解理论，分析天线测量矩阵的奇异值分布，在最大程度保留天线测量矩阵信息的前提下，确定空间嵌入矩阵的阶数，并生成空间嵌入矩阵；利用空间嵌入矩阵提取天线测量矩阵的信息，重构天线测量矩阵与回波信号，降低矩阵阶数，增加矩阵不相关的特性，改善天线测量矩阵的病态性；根据空间嵌入映射的数据模型，降低天线测量矩阵阶数，从而降低运算的复杂度；利用最小二乘原理，完成对目标散射系数的求解，实现对目标方位向高分辨快速成像。CN107607945ACN107607945A权利要求书1/2页1.一种基于空间嵌入映射的扫描雷达前视成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：距离向处理及方位向建模，根据前视扫描雷达与目标间相对运动的几何关系可建立回波模型，设定相关参数,假设机载平台的运动速度为v,雷达波束扫描速度为ω,波束俯仰角为θ,目标方位角为发射信号载频fc，脉冲重复频率为PRF，目标相对于平台的初始距离为R0；机载平台运动t时刻之后，得到机载与位于(x,y)场景目标距离历史为：平台发射线性调频信号：其中，rect·表示矩形信号，Tp为发射脉冲持续时间，k为线性调频斜率，τ是快时间，即距离向时间变量；在扫描整个成像区域后，得到去载频离散化回波表达式：其中，f(x,y)为位于场景(x,y)处的目标散射系数，ωa(t)为慢时间域的窗函数，表示天线方向图函数在方位向的调制；Ω为成像场景区域；N(τ,t)为成像过程中产生的噪声；λ为发射电磁波波长；c为电磁波的传播速率。为了提高距离向分辨率，进行脉冲压缩处理，并进行距离走动校正，最终得到距离向处理后回波信号表达式为：其中，B为信号带宽，N1(τ,t)为距离向处理过程中产生的新的噪声。在忽略多普勒相位的基础上，将方位向回波信号构建成目标散射系数矩阵与天线测量矩阵运算的形式：S＝Hf+N(4)其中，S是S(τ,t)的矩阵表示形式，H为天线方向图矩阵，f为目标散射系数矩阵，N为相对应的噪声矩阵；对于同一距离单元的回波信号矩阵表达式为：其中，s＝S(τi,t)为M×1维的向量，为D×1维的向量，i表示同一距离单元，即τi是τ向量中的一个值，表示某一距离单元，为相对应的天线方向图矩阵，n为噪声向量，M为场景方位向采样点数，D为目标方位向点数；步骤二：生成空间嵌入矩阵，构造天线方向图矩阵为M×D维矩阵，其中，M＞D；将天线测量矩阵奇异值分解：2CN107607945A权利要求书2/2页TT式中，UU＝I,VV＝I，O＝diag(σ1,σ2,…,σr)为奇异值构成的对角矩阵，U和V分别为矩阵奇异值分解后的左右酉矩阵。根据奇异值构成的对角矩阵O中较大数值的奇异值的个数来确定空间嵌入矩阵的阶数k，生成k×M维空间嵌入矩阵P，其中k＜M，矩阵P的元素选择为零均值方差为1/k的高斯随机变量，即P为高斯随机变量矩阵；步骤三：空间嵌入矩阵重构信号模型，利用空间嵌入矩阵P与回波矩阵和天线方向图运算，重构回波以及天线测量矩阵，得到重构的回波为s1＝Ps，重构的天线测量矩阵为得到重构的信号模型表达式为：其中，s1为k×1回波向量,为k×D维天线测量矩阵，n1＝Pn，为重构过程中新的噪声；步骤四：最小二乘理论完成求解，在完成信号模型重构的基础上，利用最小二乘理论，完成对目标散射系数的求解，按照最小二乘准则，式(7)的解满足：求得解为其中，T表示矩阵转置运算，将最初的回波及天线测量矩阵代入，得到最终的目标求解表达式为：根据式(9)，实现扫描雷达前视方位向高分辨成像。3CN107607945A说明书1/6页一种基于空间嵌入映射的扫描雷达前视成像方法技术领域[0001]本发明属于雷达成像技术领域，具体涉及扫描雷达前视方位向高分辨成像方法。背景技术[0002]雷达前视区域成像，对目标检测、目标打击、物资投放等都有非常重要的意义。由于成像原理的限制，传统合成孔径雷达不能实现对雷达正前视区域成像，目前主