[发明专利]一种基于稀疏约束的实波束扫描雷达角超分辨成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，它特别涉及一种基于稀疏约束的实波束扫描雷达角超分辨成像方法。

背景技术

实波束扫描雷达的高分辨成像，在船舶导航、塔台监测和远程预警等领域有着巨大的应用价值，同时该成像模式还具有小体积和低成本等优势，因此该成像模式具有广泛的应用前景。实波束扫描雷达以固定扫描速度先后照射成像区域、通过发射线性调频信号(LFM)并接收回波信号以获得雷达作用区域的二维回波信号。由于发射信号维为LFM信号，因此，距离向高分辨能够通过使用脉冲压缩技术实现。在方位向，实波束方位角分辨率由决定，其中，λ是雷达波长，D表示天线孔径尺寸，虽然实波束方位角分辨率远低于距离分辨率，但是，通过信号处理的方法，能够突破天线波长和孔径限制，显著改善方位向分辨率，实现实波束雷达角超分辨成像。

文献“Ly C,Dropkin H,Manitius A Z.Extension of the music algorithm to millimeter-wave(mmw)real-beam radar scanning antennas.AeroSense 2002.”根据实波束扫描雷达的回波特性提出用谱估计中的MUSIC算法实现扫描雷达方位向超分辨成像，但是该方法需要足够的快拍数以准确估计噪声的协方差矩阵，这在实际的机械扫描雷达应用中很难实现的，同时在相干源背景下该方法的角超分辨性能会严重下降。

文献“Y.Zhang,Y.Zhang,W.Li,Y.Huang,and J.Yang.Angular superresolution for real beam radar with iterative adaptive approach.in Geoscience and Remote Sensing Symposium(IGARSS),2013IEEE International.IEEE,2013:3100-3103”提出了一种基于实波束扫描雷达的自适应迭代角超分辨方法，该方法基于加权最小加权二乘准则，该方法克服了快拍数的限制并能够显著改善方位角分辨率，但是该方法的计算复杂度过大，会占用大量的系统资源并严重影响成像的实时性，很难推广到实际应用中。

文献“Huang Y,Zha Y,Zhang Y,et al.Real-beam scanning radar angular super-resolution via sparse deconvolution.Geoscience and Remote Sensing Symposium(IGARSS),2014IEEE International.IEEE,2014:3081-3084.”将实波束扫描雷达方位向回波建立为天线方向图与目标散射系数的卷积模型，并通过解卷积算法重建目标场景，实现实波束雷达角分辨率。但是该方法假设的噪声服从泊松分布特性并不符合实际雷达成像特性，因此在低信噪比下，该算法的成像性能会急剧下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种使用瑞利分布表征杂波特性，并利用稀疏约束反应目标分布特性，在反演目标分布的同时抑制了噪声对成像结果的影响，提高瑞利分布统计参数的估计精度，实现了基于稀疏约束的实波束扫描雷达角超分辨成像方法。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的，一种基于稀疏约束的实波束扫描雷达角超分辨成像方法，包括以下步骤：

S1、回波建模，基于实波束扫描雷达与目标的几何关系建立扫描雷达的回波数据模型；

S2、对回波数据进行距离向脉冲压缩，实现距离向的高分辨率；

S3、将脉冲压缩后的回波数据表示为天线波束与观察场景的散射系数的卷积模型；

S4、根据S3得到的卷积模型建立最大后验目标函数，并推导最大后验解；

S5、通过自适应迭代的方法精确还原出原始目标分布，包括以下子步骤：

S51、计算迭代初始值：利用TIKHONOV正则化方法和最大似然估计方法获得目标函数的解和瑞利分布统计参数这两个参数的迭代初始值；

S52、根据S4得到的最大后验解构建迭代表达式；

S53、将迭代初始值代入迭代表达式中，得到新的最大后验解；

S54、将S53得到的最大后验解带入瑞利分布的统计参数计算公式中，更新瑞利分布统计参数值；

S55、将S53得到的最大后验解和S54得到的瑞利分布统计参数值代入迭代表达式中，重新获得新的最大后验解；