[发明专利]一种三维GTD散射中心模型的散射中心点的参数估计方法

说明书

本发明公开了一种三维GTD散射中心模型的散射中心点的参数估计方法，包括以下步骤，S1：基于雷达目标后向电磁数据构建Hankel矩阵，得到原目标回波数据矩阵Xsupgt;x/supgt;；S2：定义大小为PQL×PQL的置换矩阵J，得到目标回波数据共轭数据信息的矩阵Esubgt;conj/subgt;；S3：将步骤S2中得到的矩阵Esubgt;conj/subgt;及原目标回波数据矩阵Xsupgt;x/supgt;的自相关矩阵进行相加，并作取平均处理，得到一个过程协方差矩阵R，S4：令最终总协方差矩阵Rsubgt;1/subgt;＝RRsupgt;H/supgt;＝Rsupgt;2/supgt;；S5：利用经典3D‑ESPRIT算法对矩阵Rsubgt;1/subgt;进行处理，即可得到三维GTD散射中心模型中的各个参数。本发明中的方法可提高对目标原始回波数据的利用率并增大信号特征值与噪声特征值之间差距，等效为增大信噪比，从而提高了散射中心的分辨率。

技术领域

本发明涉及雷达成像技术领域，尤其涉及一种三维GTD散射中心模型的散射中心点的参数估计方法。

背景技术

随着现代雷达技术的不断发展以及对于全空间、全极化目标电磁散射特性数据需求的不断增长，存储、利用这些海量目标电磁散射特性数据的压力也日益加大。在高频区，雷达目标的后向电磁散射回波可视为有限个强散射点的相干叠加，而这些强散射点通常可称为雷达目标的散射中心。散射中心作为雷达目标的电磁散射特性之一，在雷达目标识别，RCS频率内插与外推，雷达目标三维重构等军事领域应用十分广泛。

通过构建合理的散射中心模型，可更有效的描述目标的散射特性，对深入研究其散射机理起到重要的作用。目前，基于几何绕射理论的(GTD)散射中心模型对目标在高频区散射特性的刻画最为准确。GTD模型可细分为一维、二维、三维GTD模型，随着维数的增大，其对目标电磁散射特性刻画的越来越精准，但运算复杂度也相应的变大，参数估计的难度也随之增大。因此，大多数研究者主要利用各类算法，如MUSIC算法、ESPRIT算法、MEMP算法等对一维GTD、二维GTD模型进行参数估计提取。

此外，文献《一种基于3D-ESPRIT的散射中心参数估计算法[J]》([14].温晓杨,石志广,赵宏钟,等；雷达科学与技术,2007,5(2):119-123.)中利用3D-ESPRIT算法对散射中心模型参数进行估计，但存在参数失配与低信噪比时参数估计精度不高的问题；文献《光学区雷达目标散射中心提取及其应用研究[D]》(王菁；南京：南京航空航天大学，2010.)提出一种改进的3D-ESPRIT算法，有效解决了参数失配问题，但在信噪比情况下，该文献中改进算法的参数估计也较低。

根据文献《光学区雷达目标散射中心提取及其应用研究[D]》中提出的3D-GTD散射中心模型，目标后向电磁散射数据可等效为I个强散射中心叠加合成的，其数学表述为

式中：表示目标后向电磁散射回波，I代表散射中心个数，{A_i，α_i，x_iy_i，z_i}分别表示第i个散射中心的散射强度、散射类型、横向距离、纵向距离及垂直距离。f_m＝f₀+mΔf，m＝1，2，…，M，f₀为起始频率，Δf为步进频率，m代表频率下标，M代表总频率个数；

θ_n＝θ₀+nΔθ，n＝1，2，...，N，其中θ₀为起始方位角，Δθ为步进方位角，n为方位角下标，N代表总方位角个数；其中为起始俯仰角，为步进俯仰角，k为俯仰角下标，K为总俯仰角个数；nΔθ、分别为方位方向上的小转角、俯仰方向上的小转角。