[发明专利]一种基于改进全变差的扫描雷达超分辨成像方法

说明书

本发明提供了一种基于改进全变差的扫描雷达超分辨成像方法，属于雷达成像领域。本发明针对传统的全变差超分辨算法在低信噪比环境下对噪声敏感的问题，在实现超分辨成像与保持目标轮廓的同时，增强了算法的抗噪性能。在本发明中，首先采用TSVD方法进行预处理，重构目标函数；然后，在正则化框架下引入全变差算子作为正则化项，将超分辨问题转化为凸优化问题；最后，采用迭代重加权范数方法来求解凸优化问题，得到目标散射系数的估计值。本发明的创新性在于用TSVD方法去除噪声的影响，增强了传统全变差方法对噪声的鲁棒性，提高了其实用性。

技术领域

本发明属于雷达成像领域，特别涉及一种基于改进全变差的扫描雷达超分辨成像方法。

背景技术

全天候对海探测与成像、客机的盲降导航等诸多军用与民用领域都需要雷达具备对前视区域的超分辨成像能力。但是由于在前视区域的多普勒频率梯度变化小，传统的成像方法SAR与DBS无法实现前视区域成像。单脉冲技术虽然能实现前视成像，但其不能区分同一波束内的多个目标，分辨率有限。

实孔径扫描雷达是现有进行前视成像的主要体制，其工作模式简单，并且距离向的高分辨率可以通过发射大带宽信号和匹配滤波技术实现，但是方位向的分辨率却因为孔径的限制而严重制约了该体制的应用。由于扫描雷达的方位向回波可视为目标的散射系数与天线方向图函数的卷积，从理论上可以采用解卷积的方法提高方位向分辨率。因此采用信号处理的方法，突破实孔径扫描雷达成像体制的限制，提高方位向分辨率成为了目前的研究热点。

现有技术中，采用贝叶斯方法添加目标的稀疏先验来提高方位向分辨率，并取得了较好的超分辨效果。虽然能改善方位向分辨率，但是在提高方位向分辨率的同时，并没有考虑目标轮廓特性的保持，导致目标轮廓丢失，整体成像质量欠佳。

另外，也有采用正则化方法，将全变差算子作为正则化项，在实现超分辨成像的同时保持了目标的轮廓特性，然而该方法在低信噪比环境下其性能会严重下降。

发明内容

本发明的目的在于解决现有技术中的技术缺陷，提出了一种基于改进全变差的扫描雷达超分辨成像方法，采用TSVD策略，通过选取合适的参数截断小的奇异值抑制噪声放大；然后在正则化框架下，选择全变差算子作为正则化项，构建目标函数；最后由于全变差算子的不可微特性，采用迭代重加权范数的方法进行求解。由于去除了小的奇异值，本发明的方法提高了对噪声的鲁棒性，另外全变差算子的引入，在实现超分辨成像的同时保持了目标的轮廓特性。

一种基于改进全变差的扫描雷达超分辨成像方法，包括以下步骤：

S1、发射线性调频信号，接收回波信号，对所述回波信号进行脉冲压缩和距离走动校正处理；

S2、将脉冲压缩和距离走动校正后的回波信号转换为由目标散射系数和天线测量矩阵构成的卷积形式；

S3、对所述天线测量矩阵进行截断奇异值分解处理，确定截断参数，得到截断奇异值分解结果；

S4、构建目标函数；

S5、采用迭代重加权范数方法求解目标函数，得到目标函数的最优解，输出超分辨结果。

进一步地，所述步骤S1包括：

发射线性调频信号，经过下变频处理，接收回波信号

其中，x₀表示场景中点目标的散射系数，w(t)表示天线方位图函数调制，rect(·)表示矩形窗函数，τ表示距离向时间采样向量，t表示方位向时间采样向量，T_p表示发射信号的脉冲时宽，λ表示载频波长，R(t)表示目标的距离历史，c表示电磁波传播速度，k表示线性调频率，n(τ,t)表示加性高斯白噪声；