[发明专利]基于时频字典的微动目标缺损回波高分辨成像方法

说明书

技术领域

该发明属于雷达技术领域，更进一步涉及微动目标的高分辨二维ISAR成像方法，可用于目标识别和雷达目标检测。

背景技术

随着逆合成孔径雷达ISAR的飞速发展，对微动目标的高分辨ISAR成像已成为近年来雷达成像领域研究的新方向。例如固定翼飞机的发动机叶片，直升机螺旋桨，行人行走时摆动的双臂等。目标微动将产生除主体多普勒频率之外的边带频率调制，即微多普勒。微多普勒是微动目标的固有本质特征，蕴含着目标的结构和运动信息。当采用时频分析方法对其进行描述时，这种复杂的频率调制将作为重要特征运应用于雷达自动目标识别和雷达目标检测中。近年来，微动目标的高分辨雷达成像已受到雷达成像领域的广泛关注。

西安电子科技大学在其申请的发明专利“空中微动旋转目标的二维ISAR成像方法”(公开号：CN102426360A，申请号：201110257606.X)中公开了一种空中微动旋转目标的二维ISAR成像方法。该方法的具体步骤为：对雷达录取的ISAR回波进行平动补偿，绘制时频分布图，确定微多普勒距离单元，然后分别对每个距离单元进行回波分离，最后用距离-多普勒法对刚体回波成像并采用实数逆拉东变换I-Radon变换算法对旋转部件回波成像。该方法具有实现简单、效率高等优点，但是该方法在实现过程中存在的不足是，该方法无法在微动目标回波缺损和微动形式复杂的情况下对微动目标进行精确成像。

西安电子科技大学在其申请的发明专利“基于稀疏孔径的机动目标逆合成孔径雷达成像方法”(公开号：CN103901429A，申请号：201410140123.5)中公开了一种基于稀疏孔径的机动目标逆合成孔径雷达成像方法。该方法的具体步骤为：对接收到的稀疏孔径的逆合成孔径雷达的原始回波数据进行距离压缩和包络对齐处理，并进行精确的相位校正，随后重构稀疏孔径回波信号，最后用快速傅里叶变换实现距离-多普勒成像。该发明虽然在机动目标和稀疏孔径情况下能够实现精确的相位补偿和数据重构，但是该方法由于采用传统的距离-多普勒成像方法，无法实现对复杂微动目标良好的聚焦成像。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于时频字典的微动目标缺损回波高分辨成像方法，以实现在微动目标回波缺损严重和微动形式复杂情况下对微动目标的精确成像，获得聚焦良好的二维ISAR像。

本发明的基本思路是：通过利用微动目标缺损回波信息，在时频域构建非参数字典，采用修正的增广拉格朗日方法获得目标距离-瞬时多普勒图像，其实现方案包括如下：

(1)通过逆合成孔径雷达录取微动目标的缺损回波信号S₀，并对该微动目标缺损回波数据S₀进行距离压缩，得到距离压缩后的回波信号S；

(2)随机生成短时傅里叶变换矩阵W，并计算该W的伪逆矩阵

(3)随机产生单位对角阵T₀，根据T₀产生数据缺损矩阵T；

(4)计算每个距离单元的目标缺损回波信号的时间-瞬时多普勒分布：

(4a)根据数据缺损矩阵T和伪逆矩阵G，计算缺损回波的逆短时傅里叶变换矩阵G₁＝TG；

(4b)设分裂变量u＝v-d，其中d为辅助向量，v为采用变量分裂法从时间-瞬时多普勒像f中分离出的变量；令距离单元的第一个序号m＝1；

(4c)从距离压缩后的回波信号S中取第m个距离单元对应的向量s_m，设迭代步数k的初值为k＝0，正则化系数λ＝0.03，辅助系数μ＝0.2；设辅助向量d的初值d₀为全零向量，时间-瞬时多普勒像的初值f₀＝G₁s_m，其中，G₁为缺损回波的逆短时傅里叶变换矩阵；

(4d)按照下式求分裂变量u的第k次迭代结果u_k：

其中，f_k为时间-瞬时多普勒像f的第k次迭代结果，d_k为辅助向量d的第k次迭代结果，soft为收缩函数，f_k+d_k为求和向量，为正则化系数与辅助系数的比值；

当f_k+d_k的对应元素大于时，则收缩函数soft取f_k+d_k对应元素值，否则取零；

(4e)按照下式求辅助向量d的第k+1次迭代结果d_k+1：