[发明专利]一种基于高分辨成像的近场RCS快速测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及微波测量及微波成像技术领域，尤其是近场测量及近场三维成像方法。

背景技术

微波近场测量具有测试精度高、信息量大、保密性强、可全天候工作等优点，是研究目标散射特性的重要方法。近场成像作为一种有效的非破坏性检测和评估手段，在对飞机涂层、航天器表面粘合等重要结构进行评估、对隐匿物品进行安全检测等领域发挥重要的作用，由于其具有较高的空间分辨率能力，能够实现传感器和目标之间的相对定位，并且系统易于实现，因而具有广泛的工程应用价值。

传统的近场平面扫描测量系统利用扫描架带动收发天线在扫描平面的两个方向(水平向和垂直向)进行等间隔的步进运动，每步进一次，进行一次宽带扫频测量，直到完成水平方向和垂直方向预定的长度。对所获取的目标雷达散射截面RCS(Radar Cross Section)数据利用信号处理技术进行相关处理，即可反演出目标像，获取目标特征信息。

传统的近场成像测量系统通过获取大规模数据实现高分辨成像，基于奈奎斯特采样准则的近场测量存在耗时大、效率低、数据存储空间大的问题，长的测量时间的将导致测量误差积累。此外，传统的基于匹配滤波技术的成像方法限制了成像分辨率的提高，导致成像不能对目标特征进行精确描述。

发明内容

为了克服现有技术的不足，提高传统成像系统的测量效率、提高成像分辨率，本发明提出一种基于高分辨成像的近场RCS快速测量方法，该方法利用稀疏采样提高测量效率、利用压缩感知优化重构理论实现高分辨成像。

本发明解决其技术问题所采用技术方案的具体步骤如下：

步骤1、构建高分辨近场成像模型

步骤1-1、成像场景离散化

将目标场景沿着收发天线运动方向和波传播方向进行三维离散化处理，其中X向为天线运动水平方向，Y向为天线运动垂直水平方向，Z向为波传播方向，X向、Y向和Z向对应的离散网格数分别为N_x、N_y和N_z，目标场景所有网格上散射点的反射系数组成一个三维反射系数矩阵G，G的大小为N_x×N_y×N_z，将三维反射系数矩阵G按列串接成一个一维列向量，表示为其中g_k表示第k个散射点的后向散射系数，g的大小为(N_x×N_y×N_z)×1；

步骤1-2、近场成像观测模型建立

在实际采样过程中，Z向代表距离，X向、Y向代表方位，距离和方位采样点也是离散的，沿X向、Y向、Z向采样点数分别为N_av、N_ah、N_f，收发天线在扫描平面采样点的位置表示为矩阵形式D(x,y)：

将矩阵D(x,y)按列写成一维列向量形式，表示为：

其中1≤i≤N_avN_ah，d_i表示天线采样的位置信息，则离散三维回波信号表示为：

其中，f_l表示第l个离散频率点，1≤l≤N_f，代表虚数的单位，R(d_i,k)表示扫描位置d_i到离散网格k之间的距离，c为波传播速度，大小为3×10⁸m/s，从而近场成像的数学模型可表示为：

s＝Ag

其中，A:N_avN_ahN_f×N_xN_yN_z,g:N_xN_yN_z×1,s:N_avN_ahN_f×1，s由观测信号构成，A由目标到信号的映射关系构成，g由场景反射系数构成，上面各向量的构成如下：

其中s(d_i,f_l)表示在第d_i个天线采样的位置处获取的第l个离散频率点的回波信号；

步骤2、字典构建

根据测试参数和目标场景构建目标字典A，其维数为N_avN_ahN_f×N_xN_yN_z，字典A的每一个元素为：