[发明专利]低信噪比下压缩感知雷达高分辨成像设备及其成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种低信噪比下压缩感知雷达高分辨成像设备及其成像方法。

背景技术

现有的雷达系统有较为成熟的合成孔径成像方法。其成像分辨率与点扩散函数的主瓣宽度有关，而主瓣宽度受限于发射信号带宽和方位合成孔径长度。且常规合成孔径雷达成像的旁瓣较高，在目标场景存在噪声或杂波干扰时，成像效果失效，影响后续目标的检测和识别。

经过对国内外数据库进行检索，检索结果如下所述：

授权专利CN103954963A“一种基于CS算法的步进频SAR成像方法”，公开日期2014年7月30号，该方法提出了采用频率步进体制实现高分辨雷达成像，即在发射端采用中心频率步进的窄带线性调频信号，在接收端利用频率合成技术合成大带宽，实现高分辨成像。该方法虽在接收前端降低了对芯片性能要求，然而对各个子脉冲的相参性要求较高，且对多普勒敏感，对于运动目标容易成像模糊。

授权专利CN104808200A“一种超宽带雷达成像方位向栅瓣抑制方法”，公开日期2015年7月29日，该方法提出了计算每个成像点的扩展相干因子ECF，并利用该因子对原始成像结果进行加权，以抑制旁瓣。该方法在抑制目标旁瓣的同时，会使目标的主瓣展宽，对于成像场景的高频部分成像效果较差。

授权专利CN104111458A“基于双重稀疏约束的压缩感知合成孔径雷达成像方法”，公开日期2014年10月22日，该方法用于解决降采样时传统合成孔径雷达成像方法不能得到完整SAR图像及时间损耗大的问题，该方法在没有噪声时能获得较好的成像效果，在信噪比较弱时，目标场景回波“淹没”在噪声中，影响成像质量。

授权专利CN102279394B“低频窄带高分辨超声探测成像方法”，公开日期2013年6月26日，该方法主要解决低频窄带超声探测器纵向分辨率低的问题，由于超声成像与雷达成像过程本身的差异性，该方法并不适用于高分辨雷达成像过程。

发明内容

本发明提供一种在低信噪比下压缩感知雷达高分辨成像设备及其成像方法，能够实现小孔径雷达用较少的回波数据量在有效抑制噪声干扰和旁瓣的同时，实现高分辨成像，提高了小孔径雷达系统的性能指标。

为了达到上述目的，本发明提供一种低信噪比下压缩感知雷达高分辨成像设备，包含：

雷达收发单元，用于探测并获取噪声背景下的目标场景回波信号；

压缩采样单元，其输入端电性连接雷达收发单元的输出端，用于对回波信号进行压缩降采样；

信号处理单元，其输入端电性连接压缩采样单元的输出端，用于建立不同方位角度下的时域二维数据平面；

成像识别单元，其输入端电性连接信号处理单元的输出端，用于构建距离维基矩阵和方位维基矩阵，将时域二维数据平面投影到距离维基矩阵上，在方位维构建雷达成像模型，通过逆问题优化求解，获取高分辨图像。

所述的压缩采样单元包含：

宽带伪随机解调器，将目标反射的线性调频回波信号用随机调制序列进行调制；

模拟滤波器，其输入端电性连接宽带伪随机解调器的输出端，对调制后的信号进行滤波；

低速采样器，其输入端电性连接模拟滤波器的输出端，对滤波后的信号进行量化降采样，将模拟信号转换为数字信号，生成离散化的雷达回波信号。

本发明还提供一种雷达高分辨成像方法，包含以下步骤：

步骤S1、雷达收发单元沿雷达方位向连续多次收发，获取噪声背景下的多个目标场景回波信号；

步骤S2、压缩采样单元对步骤S1中获得的回波信号进行混叠降采样，获得单个脉冲下混叠降采样后的雷达回波数据；

步骤S3、信号处理单元根据步骤S2中获得的多个雷达回波数据，建立不同方位角度下的时域二维数据平面；

步骤S4、成像识别单元构建距离维基矩阵和方位维基矩阵，将步骤S3中获得的时域二维数据平面投影到距离维基矩阵，在方位维构建雷达成像模型，通过逆问题优化求解，获取高分辨图像。

所述的步骤S1中，雷达收发单元在不同方位角处等间隔连续发射信号，并连续接收目标反射的回波信号；

雷达收发单元的发射信号为线性调频信号，接收到的回波信号是由不同反射强度的目标所反射的线性调频信号延迟的叠加。

所述的步骤S2具体包含以下步骤：

步骤S2.1、压缩采样单元接收雷达收发单元发送的目标反射的线性调频回波信号；