[发明专利]多基地外辐射源雷达成像系统的自聚焦方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及一种自聚焦方法，可用于实现多基地外辐射源雷达成像系统的高分辨率成像。

背景技术

外辐射源雷达是指利用直播电视卫星，导航，通信台站，电视，广播等非合作的第三方辐射信号作为发射源的雷达系统，其自身并不发射信号。该类型雷达具有生存能力强，，抗干扰性能好，可探测隐身目标以及探测低空目标等特点。因此，多基地外辐射源雷达系统被广泛应用于目标检测和跟踪。由于兼具成像的功能，多基地外辐射源雷达系统的目标识别能力将被大大提升，并且有效的扩宽了其实际应用性。近年来，越来越多的研究重点旨在提升多基地外辐射源雷达成像系统的性能。

由于外辐射源带宽窄，数目少，且分布不均匀，实际情况下不能利用多个外辐射源对目标成像。针对单个外辐射源，可以通过部署多个接收站的方式来等效合成孔径对目标成像，但是性能并不像传统的SAR/ISAR那么好。此外，外辐射源、接收机和目标的位置的不准确测量，会导致目标回波的相位误差和图像质量的进一步恶化。为了提高多基地外辐射源雷达成像系统的性能，提出了基于压缩感知原理的成像算法。由于目标散射点相对于成像场景是稀疏的，压缩感知算法被拓展到多基地外辐射源雷达系统中以获得高分辨率的图像。然而，由于各种原因，观测模型的误差是不可避免的，例如跟踪系统错误估计了目标轨迹。由于系统测量的不精确性或传播过程中受大气干扰造成的相位误差会污染目标回波，导致成像质量下降。为了补偿这种相位误差，多种文献研究了SAR/ISAR自聚焦问题，提出了自聚焦技术。但由于窄带宽信号成像系统的距离分辨率差，常规的自聚焦技术应用于窄带宽信号成像系统中时图像分辨率低，无法实现高分辨成像。

发明内容

本发明目的是针对上述现有技术的不足，提出一种多基地外辐射源雷达成像系统的自聚焦方法，以提高窄带宽成像系统中的成像分辨率。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下：

(1)选取频率为680MHz的外辐射源并使其位于x轴正半轴上，再以成像目标的中心为原点，在目标周围均匀分布12个接收站，构建出二维平面上的观测模型；

(2)根据观测模型，获取无相位误差条件下的目标回波信号：

设目标上共P个散射点，其任一散射点p的坐标为x_p＝(x_p,y_p)^T，设第a个接收机接收目标回波信号为：其中a＝1,...,A，A＝12，σ(x_p)是散射点p的反射系数，s(t)是外辐射源的传输波形，外辐射源信号为单频信号，τ_a(x_p)是从外辐射源到散射点p再返回给第a个接收机的传播延时；

(3)对目标回波信号G_a(t)进行解调和基带处理，得到目标回波向量：G＝Bσ，其中B为字典矩阵，σ为没有被相位误差污染的理想目标反射系数向量；

(4)对目标回波向量应用压缩感知算法，估算目标反射系数向量：

其中为估算的包含相位误差的目标反射系数向量，||σ||₀为σ的零范数，s.t.为约束条件符号；

(5)构造相位误差分量表达式：

5a)设观测模型相位误差为φ＝[φ_1,1,φ_1,2,...,φ_1,L,...,φ_a,l,...,φ_A,L]^T，将包含相位误差的目标回波向量表示为：

其中，Γ＝diag(exp(jφ_1,1),exp(jφ_1,2),...,exp(jφ_1,L),...,exp(jφ_a,l),...,exp(jφ_A,L))代表以相位误差为主对角线元素的方阵；

5b)由估算的包含相位误差的目标反射系数向量和理想的目标反射系数向量σ，得到目标场景的重构误差：

其中，为任意向量x的2范数；

5c)根据目标场景的重构误差，求解相位误差分量：

5c1)将目标场景的重构误差转化成如下方程：