[发明专利]一种前视雷达超分辨率成像方法

说明书

本发明属于前视雷达成像技术领域，具体来说是一种前视雷达超分辨率成像方法。本发明通过构建方位向反卷积模型，从数学角度出发，找出在迭代过程中对噪声放大的较为显著的奇异值，达到了抑制噪声在迭代过程中放大传递的效应。使得反卷积在实现雷达超分辨率成像具有更好的分辨性能。

技术领域

本发明属于前视雷达成像技术领域，具体来说是一种前视雷达超分辨率成像方法。

背景技术

雷达前视成像相较于其他成像体制的雷达，在精确制导、自主着陆和地形回避等领域对雷达前视领域超分辨能力的提升有着迫切需求。因此，前视雷达超分辨率成像有着重大研究意义。前视成像雷达是对雷达载机航迹方向正前方扇形区域进行成像，方位向与航迹方向几乎垂直，因此多普勒频率很小，所积累的多普勒带宽也很小，导致前视成像方位向分辨率很低。因此，如何实现前视雷达超分辨率成像成为研究热点。

前视雷达成像是二维成像，需要对距离向和方位向进行成像。距离向高分辨率一般是通过发射线性调频信号，然后对回波距离向做脉冲压缩处理得到。方位向高分辨率的实现则有不同的技术手段。单脉冲测角技术利用和差单脉冲天线进行方位向扫描，同时以较高的频率对方位向信号进行采样，并对每个位置的采样信号进行比幅或者比相做测角处理，然后将和通道的幅度值存储在相对应的测角位置，实现方位向的角分辨。然而，这种成像方法分辨率受限于天线波束宽度。当在一个波束内存在多个目标时，单脉冲测角会得到一个多目标的等效角，无法对一个波束内多目标进行分辨。因此，该技术仅适用于成像场景中孤立强散射点成像，当波束内出现多个目标时，成像质量急剧下降，甚至会出现虚假目标。

基于反卷积的方法是实现前视雷达成像的一个重要技术方法。由于前视扫描过程的方位向回波能够被描述为天线方向图与目标散射系数在方位向上分布函数的卷积模型，因此，采用反卷积从理论上具有恢复目标方位向分布的可行性。该方法从雷达方位向超分辨率的数学模型出发，将方位向超分辨问题转化成反卷积问题，然后使用凸优化的技术进行求解。由于雷达天线方向图具有低通效应，造成回波信号的高频信息丢失，造成成像场景的信息量会大于回波信号的信息量，导致反卷积称为一个病态问题。

发明内容

针对上述问题，本发明提出了一种基于截断奇异值分解(TSVD)和L1正则化技术的前视雷达方位向超分辨中。一般的最小二乘法在求解反卷积问题时，仅要求误差能量最小，这种反卷积结果会把噪声信息保留在反卷积结果中，通过L1正则化技术可以有效的克服这种缺陷。方位向回波是由天线方向图构成的卷积测量矩阵与目标方位向分布函数卷积形成的，一般而言，卷积测量矩阵是一个病态矩阵，本发明使用TSVD技术可以有效的降低卷积测量矩阵的病态性，然后结合L1正则化技术有效的实现了前视雷达方位向超分辨成像。

本发明所述方法包含以下几个步骤:

第一步：根据前视成像雷达对发射信号带宽B和时宽T的要求，确定线性调频信号的带宽B_r和时宽T_r和线性调频率参数，并生成线性调频信号。如(1.1)式

其中s(t)为发射的线性调频信号。f₀为载频，为矩形窗函数，由发射信号的时宽决定，具体定义如下:

当雷达扫描完整个成像场景之后，得到离散化的回波信号为：

其中，t和τ分别表示慢时间和快时间，θ为目标的方位角，x和y分别表示目标的方位与距离坐标。σ(x,y)为坐标为(x,y)的目标的反射系数。h(θ)为天线方向图调制函数，R(t,x,y)为位于(x,y)的目标在t时刻与雷达之间的距离，c为光束。对于接收到的回波信号，经过下变频得到的基带信号为：

其中