一種校正天線方向圖影響的雷達(dá)成像數(shù)據(jù)預(yù)處理方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及雷達(dá)成像數(shù)據(jù)預(yù)處理技術(shù)，涉及一種在成像 前對回波數(shù)據(jù)進行處理，以校正天線方向圖對成像分辨率影響的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 利用雷達(dá)成像技術(shù)可從難以解譯的回波數(shù)據(jù)中還原出目標(biāo)的電磁散射分布函數(shù)， 重建符合視覺觀感的目標(biāo)區(qū)域?qū)嶋H圖像，從而直接反映目標(biāo)的幾何形態(tài)和電磁散射特性， 其良好的可視化特性對提高分辨能力目標(biāo)、降低判讀難度、減少對專業(yè)知識的依賴性具有 重要意義。目前雷達(dá)成像技術(shù)已廣泛應(yīng)用于軍事和民用領(lǐng)域。
[0003] 在雷達(dá)成像技術(shù)中，成像分辨率無疑是最關(guān)鍵和最重要的性能指標(biāo)。在實際的雷 達(dá)系統(tǒng)中，影響成像分辨率的因素較多，其中天線方向圖是一個重要影響因素。
[0004] 已有的研宄指出，天線的方向圖可能會導(dǎo)致成像分辨率下降。例如文獻"WangBQ,LiXG.NearRangeMillimeterWaveRadiometerPassiveImageHigh ResolutionRestoration[C], 2008GlobalSymposiumonMillimeterWaves,Nanjing,C hina，2008:325-328. "指出天線的方向圖相當(dāng)于一個低通濾波器，它會抑制回波的高波數(shù) 分量，減少波數(shù)域支撐區(qū)的寬度，從而導(dǎo)致分辨率下降。值得注意的是探地雷達(dá)（Ground PenetratingRadar，GPR)、穿墻雷達(dá)（Through-the-WallRadar，TWR)、全息穿透雷達(dá) (HolographicSubsurfaceRadar，HSR)等類型的雷達(dá)往往采用寬波束天線，波束范圍內(nèi)增 益有一定的起伏，天線方向圖對成像性能的影響尤其不可忽略。
[0005] 如何去除天線方向圖的影響，提高雷達(dá)成像分辨率，就成為了一個重要的問題。 文獻"鄒鯤.低頻UWBSAR天線方向圖頻域校正[J].信號處理，2006,22(5):645-647" 提出了校正機載SAR天線方向圖提高分辨率的方法，但是這種方法是建立在遠(yuǎn)場條件 下，并不適用于探地雷達(dá)、穿墻雷達(dá)、全息穿透雷達(dá)等的近場成像情況。文獻"Kojima T,MochizukiS,Togo,etal.High-resolutionmillimeter-wavenear-fieldimaging withreconstructionalgorithmbasedonantenna-radiation-patterndeconvolution processing[C].Proceedingsofthe2012APMC，Kaohsiung,China, 2012:679-681."提出 了去除近場條件下天線方向圖影響的算法，但沒有提供估計天線方向圖的方法。從已公開 的預(yù)處理技術(shù)來看，并未有效解決天線方向圖的影響問題，仍是制約成像分辨率的一大因 素。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明的目的在于解決雷達(dá)天線方向圖導(dǎo)致成像分辨率下降的問題，尤其對影響 較嚴(yán)重的近場成像情況，提出一種基于天線方向圖的雷達(dá)成像數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，能夠有效 提高成像分辨率。
[0007] 本發(fā)明采取如下技術(shù)方案：
[0008] 第一步，利用已知點目標(biāo)計算天線方向特性函數(shù)。
[0009] 設(shè)已知點目標(biāo)位于雷達(dá)系統(tǒng)的近場區(qū)，其位置坐標(biāo)為（0,0，Z(I)。設(shè)雷達(dá)系統(tǒng)按照 行列等間隔的方式進行掃描，采集到的回波數(shù)據(jù)為s(Xi,yp,i= 1…M,j= 1…N，其中，M 和N分別為掃描的行數(shù)和列數(shù)，其取值根據(jù)具體的雷達(dá)系統(tǒng)確定。
[0010] 將s(Xi，yj)幅度歸一化后得到歸一化的方向性函數(shù)a(Xi，yj)，利用下式計算方向 性函數(shù)的頻域表達(dá)式:
【主權(quán)項】
1. 一種基于天線方向圖的雷達(dá)成像數(shù)據(jù)預(yù)處理方法，其特征在于，包括下述步驟： 第一步，利用已知點目標(biāo)計算天線方向特性函數(shù)： 設(shè)已知點目標(biāo)位于雷達(dá)系統(tǒng)的近場區(qū)，其位置坐標(biāo)為（〇,〇, Ztl);設(shè)雷達(dá)系統(tǒng)按照行列 等間隔的方式進行掃描，采集到的回波數(shù)據(jù)為s(Xi, yj), i = 1···Μ, j = Ρ··Ν，其中，M和N 分別為掃描的行數(shù)和列數(shù)，其取值根據(jù)具體的雷達(dá)系統(tǒng)確定； 將s (Xi，yj)幅度歸一化后得到歸一化的方向性函數(shù)a(Xi，yj)，利用下式計算方向性函 數(shù)的頻域表達(dá)式 4,,):
式中，&和Av分別為傅里葉變換 Xi yj 為波數(shù)，&為發(fā)射信號中心頻率，V為雷達(dá)信號在傳播介質(zhì)中的波速，
為點目標(biāo)到雷達(dá)系統(tǒng)接收天線的距離； 第二步，利用天線方向特性函數(shù)構(gòu)造濾波器； 利用下式計算濾波器G(kx，ky):
式中，A#(kx，ky)表示天線方向特性函數(shù)的共軛函數(shù)，Tl是一個正常數(shù)，取值為回波信號 信噪比的倒數(shù)； 第三步，回波數(shù)據(jù)處理： 設(shè)待處理的雷達(dá)回波數(shù)據(jù)表示為Sd (Xi，yP，利用傅里葉變換將Sd (Xi，yP變換到二維波 數(shù)域得到頻譜Sd(kx，ky); 利用下式計算校正后的回波信號Se(kx，ky): Sc (kx, ky) = G (kx, ky) Sd (kx, ky)(公式三） 將校正后的回波信號Se(kx，ky)利用逆傅里葉變換回空域，得到預(yù)處理結(jié)果。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種校正天線方向圖影響的雷達(dá)成像數(shù)據(jù)預(yù)處理方法。技術(shù)方案包括下述步驟：第一步，利用已知點目標(biāo)計算天線方向特性函數(shù)。第二步，利用天線方向特性函數(shù)構(gòu)造濾波器。第三步，回波數(shù)據(jù)處理。以上步驟就完成了對回波信號的校正，隨后可以利用成像算法進行成像，得到高分辨成像結(jié)果。本發(fā)明能夠有效提高成像分辨率。
【IPC分類】G01S13-89
【公開號】CN104535999
【申請?zhí)枴緾N201510000539
【發(fā)明人】黃春琳, 陸珉, 粟毅, 宋曉驥, 朱宇濤, 李禹 , 唐濤
【申請人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【公開日】2015年4月22日
【申請日】2015年1月2日