[发明专利]基于稀疏分析的成像雷达通道参数在线补偿方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及雷达通道参数的补偿方法，可用于提高成像雷达的成像质量。

背景技术

成像雷达，是不同于传统雷达的一种具备二维高分辨成像能力的雷达，它能够全天候、全天时、远距离获得观测场景的精细图像，具有重要的军用和民用价值。成像雷达主要有两类：合成孔径雷达SAR及逆合成孔径雷达ISAR。SAR主要用来获取大面积地面场景的精细图像，而ISAR则主要用来获取非合作运动目标,如飞机、舰船和导弹等的精细图像。这两种雷达虽然用途不同，但原理相同。在距离维，SAR与ISAR都是通过发射大带宽的电磁波信号获得距离维的高分辨能力；在方位维，SAR通过运动雷达平台合成大孔径以达到方位维高分辨，而ISAR的方位维高分辨则利用了目标相对于雷达姿态变化的总角度，但两种成像雷达都是利用了雷达与场景之间的相对转动分量实现方位维高分辨率。

对于发射电磁波信号的成像雷达收发系统，由于器件的非理想特性，使得收发系统存在幅相误差，该幅相误差的来源主要包括：宽带信号发生器的传输响应、高功率发射机的传输特性、收发天线的传输函数以及其他一些器件的非理想传输函数。另外，系统随机热噪声的影响也会造成收发系统的幅相误差。雷达收发系统中所有器件的传输函数构成了雷达系统的传输函数，这里称为雷达通道参数。

雷达通道参数的存在会造成雷达接收机接收到的信号偏离发射信号，从而造成脉冲压缩结果变差：轻则表现为高旁瓣的存在，降低成像雷达距离维分辨率；重则造成成像雷达在距离维散焦，成像算法失效，得不到聚焦性能良好的雷达图像。

传统对雷达通道参数的补偿方法主要集中在雷达收发系统内部，主要包括以下几种：

一是通过数字预失真技术对宽带信号发生器的非理想特性进行补偿，得到接近理想线性调频特性；

二是采用工艺成熟、一致性好、具有超宽带频率特性的抛物面天线，能够有效保证收发天线具有一致的幅相特性；

三是利用矢量网络分析仪精确测量器件在接收时的传输特性，用以校正器件。

上述这些传统方法虽然可以补偿掉部分器件的传输函数的影响，但不能完全补偿雷达通道参数，使得雷达通道仍然存在残余参数。这种残余的雷达通道参数会影响成像质量，特别是随着分辨率的提高，残余雷达通道参数会造成成像质量的大幅下降。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于稀疏分析的成像雷达通道参数在线补偿方法，以避免雷达通道的残余参数存在，提高成像质量。

实现本发明目的技术方案是：通过交替优化后向散射系数矩阵和雷达通道参数与残余初相误差的补偿矩阵，使得在线补偿雷达通道参数、残余初相误差补偿和稀疏ISAR成像同时实现。具体步骤包括如下：

(1)对雷达回波信号进行预处理，获得频率域信号：

(1a)对雷达回波信号S∈C^N×M进行脉冲压缩及平动补偿，得到平动补偿后的雷达回波信号：S_r∈C^N×M，其中，C表示复数域，N表示每次脉冲一维距离像的采样点数，M表示雷达接收到的回波次数；

(1b)对平动补偿后的雷达回波信号S_r按列分别作快速傅里叶变换FFT，得到频率域信号S_f，S_f∈C^N×M；

(2)从频率域信号S_f中截取在发射信号带宽内的有效信号V，V∈C^Y×M，Y为有效信号V的行数，根据该有效信号V，构建如下改进的基于L1范数约束的稀疏优化模型：