[发明专利]步进频雷达超分辨一维距离成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，具体地说是一种步进频雷达成像方法，该方法可用于步进频体制雷达距离向超分辨成像处理。

背景技术

利用雷达实现对目标一维距离高分辨或超分辨成像，不仅具有雷达全天候、全天时和主动探测的优点，而且能够获得目标距离向细节信息，从而提高对目标检测、定位和识别的能力。一维距离像应用于民用领域可实现工业金属探伤、高速列车安全防控、以电力线检测等为基础的低空飞行器自主避险，因而应用前景十分广阔。雷达距离向分辨率与发射信号带宽成反比，高分辨率要求发射大带宽信号。根据奈奎斯特采样定理，采样率必须大于两倍的信号带宽才能保证频谱无混叠，这无疑加大了数据采集端硬件复杂度。步进频雷达通过载频线性跳变，用多个雷达脉冲合成一个宽带信号，获取高的距离向分辨率。由于信号瞬时带宽不大，从而降低了对采样率的要求。

传统的步进频雷达是通过对回波信号的IFFT处理获得高分辨的一维距离像。但由于雷达参数选取，导致存在距离失配冗余和采样冗余，需要在IFFT处理并取模后进行繁琐的去冗余处理才可得到真实的一维距离像。例如同距离累加法就是一种去冗余算法，它是通过对同一目标在不同采样点的值进行取平均处理，这种算法虽然可以解决冗余问题，但去冗余后得到结果仅是实图像，而不包含相位信息。

为了解决去冗余后存在的问题，将常规压缩感知方法应用于步进频雷达信号处理上，可以获得不存在冗余的高分辨复图像。这种方法是通过对每个脉冲重复间隔取一个采样点作为观测值，进行稀疏重建得到一维距离像。但由于其包含某一距离段全部信息的观测值不易选取，且在低信噪比环境下恢复效果明显降低，即存在对噪声敏感，成像信噪比不高的问题。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种步进频雷达超分辨一维距离成像方法，以提高常规压缩感知对噪声的稳健性，提高距离复图像的信噪比，同时获得超分辨效果。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)对步进频雷达混频后的回波数据X进行奇异值分解，得到M×M维的酉矩阵V，其中X为N×M维复数矩阵，N为步进脉冲数，M为每个脉冲重复周期的采样点数；

(2)根据目标个数k，构造数据选择矩阵D，利用数据选择矩阵D、回波数据X和酉矩阵V，获得观测值Y：

Y＝XVD，

其中，数据选择矩阵D＝[I_k Z]^T，I_k为k维单位阵，Z为k×(M-k)维零矩阵，T为转置运算；

(3)对待测的雷达照射距离向区域[R_a，R_b]以步长R_c进行栅格划分，划分后共得到P个距离单元，且每个距离单元的长度为R_i＝R_a+(i-1)R_c，其中，0≤R_a＜R_b，P＝ceil((R_b-R_a)/R_c+1)，ceil(·)为向上取整操作，i为正整数且i∈[1，P]；

(4)根据栅格划分得到的距离单元和步进频雷达混频后的信号形式，构造N×P维观测矩阵A：

A＝{a_n，p}，

其中a_n，p为A的第n行第p列的元素，且a_n，p＝exp(-j4πf_nR_p/c)，n和p均为正整数，且n∈[1，N]，p∈[1，P]，f_n为第n次发射信号的频率；

(5)根据观测矩阵A和观测值Y，利用CVX凸优化工具软件重建目标散射信息，得到超分辨一维距离像。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

1)与直接IFFT处理相比，本发明成像结果不存在冗余目标，不需要进行去冗余处理，分辨率突破了IFFT处理所能达到的最高分辨率，具有超分辨效果；

2)与去冗余处理相比，本发明所成像为复图像，包含相位信息，便于后续处理；

3)与常规压缩感知处理相比，本发明由于在每个脉冲重复间隔内采用多个采样点重建，所以对回波数据信噪比要求低，对噪声稳健；

4)本发明成像结果信噪比高，更加有利于目标检测、定位、识别。

附图说明

图1是本发明的总流程图；

图2是本发明利用CVX凸优化工具软件重建目标散射信息的子流程图；