[发明专利]步进频雷达低空障碍物超分辨一维成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，涉及步进频雷达超分辨成像方法，尤其涉及一种步进频雷达低空障碍物超分辨一维成像方法。

背景技术

微波雷达相比其他传感器，如激光与光学雷达，具有全天候、全天时的优势，是低空环境感知的重要手段之一。在低空飞行器安装天线孔径受限情况下，毫米波雷达由于波长短，可获得窄波束以提高空间分辨力，同时天线单元尺寸小可降低体积与重量，因而是低空障碍物探测的重要传感器之一。步进频雷达通过重复发射一串载频线性跳变的雷达脉冲(这串脉冲称为一帧)，再对接收到的回波按帧合成以提高距离分辨力，它采用的信号是瞬时窄带的，其发射、接收与处理降低了雷达发射机和接收机的实现难度与硬件成本。因此近些年得到了广泛的应用。综上所述，毫米波步进频雷达不仅具有全天时、全天候和主动探测的优点，而且能够实现高空间分辨力与距离分辨力，为低空障碍物的检测、识别与定位提供依据，因此其应用前景十分广阔。

下面对几种典型的一维距离成像的方法做简要的介绍：

(1)传统的毫米波步进频雷达是通过对采集回来的回波信号做逆快速傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transformation,简称IFFT)处理而获得高分辨距离向成像。由龙腾，李耽，吴琼之发表的论文“频率步进雷达参数设计与目标抽取算法”(系统工程与电子技术，2001，23(6)：26-31)中公开了由于雷达参数的选取，会使得步进频率信号IFFT后产生两种冗余：距离失配冗余和过采样冗余。这就需要在进行IFFT处理后进行目标抽取处理才可得到真实的距离向成像。几种典型的静目标抽取算法有选大法、舍弃法、累加法。而舍弃法会降低提取后的信噪比，选大法在有距离走动时会出现伪峰且计算量较大，累加法在有距离走动时会出现伪峰且相加后的物理意义不太明确。

(2)为了解决IFFT后会出现繁琐的冗余问题，王民航、曾操等发明的专利“步进频雷达超分辨一维距离成像方法”(申请号：201210133076.2)中利用CVX凸优化工具软件重建目标的散射信息，可恢复出目标的距离信息，但此方法对噪声敏感，在低信噪比情况下距离恢复效果明显下降。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出了一种步进频雷达低空障碍物超分辨一维成像方法，解决了现有技术中常规压缩感知对噪声敏感、已知散射点个数及IFFT后出现冗余问题，增强了对噪声的稳健性，同时获得超分辨能力。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案预以实现。

一种步进频雷达低空障碍物超分辨一维成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，通过步进频雷达得到距离场景的接收数据矢量x_m(t)；

步骤2，接收数据矢量x_m(t)去噪获得观测矢量y(t)；

步骤3，对距离场景进行栅格划分，得到栅格距离R_p；

步骤4，根据观测矢量y(t)和栅格距离R_p，构造字典矩阵A；

步骤5，利用稀疏恢复误差比率的变化，使用零空间调整方法，根据字典矩阵A和观测矢量y(t)得到距离恢复矢量z^k(t)；并且根据各个时刻的距离恢复矢量z^k(t)获得一维距离像z。

上述技术方案的特点和进一步改进在于：

(1)步骤1包括以下子步骤：

1a)步进频雷达接收回波数据；

1b)回波数据经过模数变换(Analog to Digit Convertion,ADC)采样后得到第m帧t时刻接收数据矢量x_m(t)为：

x_m(t)＝[s_r(m,1,t)…s_r(m,n,t)…s_r(m,N,t)]^T,m＝1,2,…M

其中，M是采样获得的总帧数，N是步进频点个数，T表示转置操作；

s_r(m,n,t)表示第m帧第n个脉冲t时刻的接收数据，表达式为：

w(m,n,t)是第m帧第n个脉冲t时刻的噪声，rect(·)表示矩形窗函数，