[发明专利]一种基于状态空间平衡法的动目标三维成像的方法

说明书

本发明公开了一种基于状态空间平衡法的动目标三维成像的方法，属于雷达信号处理技术领域。首先对探测目标发射电磁波，接收K个回波，并将回波扩展到接收阵列，得到矩阵z(n_x,n_y,n₁,n₂)，分别构造Hankel矩阵和再构造N₂×N₁个Hankel矩阵H₀(n₁,n₂)，H₁(n₁,n₂)，H₂(n₁,n₂)，之后构造联合矩阵H′₀(n₁)，H′₁(n₁)，H′₂(n₁)，H′₃(n₁)，然后构造联合矩阵H″₀，H″₁，H″₂，H″₃，H″₄并进行化简。计算回波个数K，对噪声截断得到观察矩阵的估计值和控制矩阵的估计值进一步求解探测目标的角度估计矩阵和速度估计矩阵和距离估计矩阵利用Q_x和Q_y获得角度估计值(θ_k,φ_k)，利用R_r获得距离估计值r_k，利用F_d获得径向速度估计值v_rk。最后利用角度估计值(θ_k,φ_k)，距离r_k和径向速度v_rk构造目标第k个回波的成像，利用K个回波的成像构成整体三维成像。本发明获取更高的测量精度，提高对空间多目标的测角自由度。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体是一种基于状态空间平衡法的动目标三维成像的方法，用于提高毫米波雷达对目标三维成像的分辨率。

背景技术

毫米波雷达三维成像技术在目标识别和精密制导等领域具有很重要的应用价值。三维成像是获取目标的三维数据，生成目标的区域轮廓图，毫米波成像具有全天候、全天时和远距离的特点，是其他成像手段无法代替的。由于雷达很难区分一个波束主瓣内不同距离，速度和不同来波方向的目标，所以需要研究超分辨算法。

超分辨处理方法有：基于子空间分解的多重信号分类(MUSIC)和旋转因子不变(ESPRIT)方法，该方法将数据划分成与信号源一致的信号子空间和与信号源正交的噪声子空间，然后利用谱峰搜索的方法得到回波信号方向，能同时估计多个目标。当相干/非相干信号共存的多目标场景下，信号子空间容易扩散到噪声子空间，导致导向矢量和噪声空间不正交，上述算法性能降低甚至失效。

为了解决在相干/非相干场景下的目标估计，在实际中能准确获取目标的三维数据，采用矩阵构造类(MP)算法，可直接利用单次回波数据通过矩阵构造，实现相干信号和非相干信号的同时估计，然而常规MP算法利用奇异值分解的左奇异向量或右奇异向量的信息，测量精度不高；另一方面，常规空间谱估计算法对目标可估计的最大数目受限于雷达阵元数。若能同时利用奇异值分解的左奇异向量和右奇异向量对目标角度估计，则可获得更高的测角精度；目标运动使得雷达回波包含目标速度信息，利用速度辅助角度估计，则可提高对空间多目标的测角自由度。

发明内容

本发明针对相干/非相干多目标场景下，导向矢量和噪声子空间不完全正交，传统MP算法测角精度不高的问题，提出了一种基于状态法，利用速度辅助参数估计提高分辨率的三维成像方法，具体是一种基于状态空间平衡法的动目标三维成像的方法。

具体步骤如下：