機(jī)載正前視掃描雷達(dá)角超分辨方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及雷達(dá)成像，特別是機(jī)載正前視掃描雷達(dá)方位向角超分辨。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)正前視成像，是指獲取平臺正前方區(qū)域的地物分布信息。發(fā)展運(yùn)動(dòng)平臺載雷 達(dá)正前視成像能力，有利于提高飛行員對遠(yuǎn)方地形的判斷和識別以及平臺的自主導(dǎo)航能 力，提高平臺的偵察、監(jiān)視、定位和識別能力，以及可以實(shí)現(xiàn)空投地點(diǎn)的準(zhǔn)確定位，對于自 主著陸、自主導(dǎo)航及前視偵察等領(lǐng)域具有重要的意義。
[0003]目前，在運(yùn)動(dòng)平臺載雷達(dá)對地面成像的過程中，主要是通過發(fā)射大帶寬信號和脈 沖壓縮技術(shù)獲得距離向高分辨，利用雷達(dá)平臺相對地面目標(biāo)的方位向運(yùn)動(dòng)引起的多普勒頻 率變化提高方位向分辨率，如合成孔徑雷達(dá)（SAR)，多普勒波束銳化（DBS)技術(shù)等，而當(dāng)天 線波束正前視時(shí)，成像區(qū)地面目標(biāo)回波多普勒頻率梯度幾乎為零，方位分辨率急速下降，形 成傳統(tǒng)SAR或DBS成像的盲區(qū)。
[0004] 針對機(jī)載正前視雷達(dá)成像，特別是其中如何提高方位分辨率的問題，文 南犬"Blair ff D,Brandt-Pearce M. Monopulse DOA estimation of two unresolved Rayleigh targets [J]'，·（Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on, 2001，37(2) :452-469.)中采用單脈沖技術(shù)進(jìn)行方位向處理，該技術(shù)基于單脈沖測角 原理，主要適用于單個(gè)強(qiáng)點(diǎn)目標(biāo)的定位，雖然對特定條件下的兩點(diǎn)目標(biāo)有效，但對于存在 多散射中心的復(fù)雜目標(biāo)環(huán)境下，將會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重的角閃爍現(xiàn)象；文獻(xiàn)"J.Guan，J. Yang，Y. Huang,and ff.Li, "Maximum a posteriori-based angular superresolution for scanning radar imaging'，(Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on， vol. 50, no. 3, pp. 2389 - 2398, 2014)提出一種貝葉斯框架下的最大后驗(yàn)解卷積方法，利用 回波和噪聲的統(tǒng)計(jì)特性建立最大似然目標(biāo)函數(shù)，通過迭代實(shí)現(xiàn)原始目標(biāo)場景的復(fù)原。將該 方法應(yīng)用到機(jī)載正前視掃描雷達(dá)超分辨成像上，能夠?qū)崿F(xiàn)高信噪比下目標(biāo)高分辨成像。但 對于同一波束內(nèi)多個(gè)點(diǎn)目標(biāo)，該方法對方位向目標(biāo)的分辨率改善有限，并且該方法對噪聲 敏感，估計(jì)方差較大，在低信噪比時(shí)出現(xiàn)虛假目標(biāo)；文獻(xiàn)"Superresolution for Scanning Antenna"(Radar Conference, 1997, IEEE National，pp:306_308)提出了一種SMUSIC算法， 這種方法利用多次掃描得到的回波的對其二階統(tǒng)計(jì)特性進(jìn)行估計(jì)，并采用子空間方法對目 標(biāo)進(jìn)行超分辨，但是這種方法依賴于目標(biāo)個(gè)數(shù)的先驗(yàn)信息，并且需要對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行多次 掃描，不適合實(shí)時(shí)機(jī)載雷達(dá)成像。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明為解決上述問題，提出一種機(jī)載正前視掃描雷達(dá)角超分辨方法，通過建立 掃描雷達(dá)方位向回波與陣列信號處理中自相關(guān)矩陣的映射，將掃描雷達(dá)角超分辨問題轉(zhuǎn)化 為陣列信號超分辨問題，并采用多重信號分類方法對目標(biāo)進(jìn)行估計(jì)，該方法適用于多個(gè)強(qiáng) 點(diǎn)目標(biāo)，并可以在物理孔徑一定的情況下對目標(biāo)進(jìn)行超分辨。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案為：機(jī)載正前視掃描雷達(dá)角超分辨方法，通過建立機(jī)載正視掃 描雷達(dá)回波和陣列信號自相關(guān)矩陣的映射，對陣列信號自相關(guān)矩陣采用多重信號分類方法 進(jìn)行目標(biāo)估計(jì)。
[0007] 進(jìn)一步的，包括以下步驟：
[0008] Sl :將掃描雷達(dá)回波映射到陣列信號自相關(guān)矩陣；
[0009] S2 :采用多重信號分類方法進(jìn)行角超分辨。
[0010] 更進(jìn)一步的，所述步驟Si具體包括以下分步驟：
[0011] Sll :根據(jù)陣列信號的空域匹配濾波輸出功率得到陣列天線方向圖；
[0012] S12 :根據(jù)掃描雷達(dá)天線方向圖和陣列天線方向圖的等價(jià)關(guān)系，得到映射矩陣；
[0013] S13:根據(jù)映射矩陣計(jì)算最小二乘估計(jì)得到陣列信號的自相關(guān)矩陣。
[0014] 進(jìn)一步地，步驟S12所述等價(jià)關(guān)系基于掃描雷達(dá)天線方向圖的主瓣寬度與陣列天 線方向圖的主瓣寬度相等。
[0015] 進(jìn)一步的，所述步驟S2具體包括以下分步驟：
[0016] S21 :對陣列信號的自相關(guān)矩陣進(jìn)行特征分解，并按照從大到小對特征值進(jìn)行排 序；
[0017] S22 :根據(jù)公式計(jì)算使得yb最大的b值，得到信源值b，具體公式如下：
[0018] yb=Ab/Ab+1，
[0019] 其中，b = 1，2, "·，Μ-2,入力λ b+1表示特征值；
[0020] S23 :根據(jù)信源值b劃分得到信號子空間Us與噪聲子空間U N，具體為：將特征值 λ i，λ 2，…，Ab所對應(yīng)的特征向量組成信號子空間Us，將特征值λ b+1，λ b+2，…，λ ^對 應(yīng)的特征向量組成噪聲子空間UN;
[0021] S24 :根據(jù)得到的信號子空間Us與噪聲子空間U N計(jì)算譜函數(shù)。
[0022] 本發(fā)明的有益效果：本發(fā)明的機(jī)載正前視掃描雷達(dá)角超分辨方法，根據(jù)陣列天線 功率方向圖和實(shí)波束雷達(dá)功率方向圖的等價(jià)關(guān)系，建立掃描雷達(dá)方位向回波與陣列信號 處理的映射；并根據(jù)映射矩陣計(jì)算最小二乘估計(jì)得到陣列信號的自相關(guān)矩陣，采用多重信 號分類方法對自相關(guān)矩陣計(jì)算普函數(shù)，得到超分辨結(jié)果；本發(fā)明的方法適用于多個(gè)強(qiáng)點(diǎn)目 標(biāo)，并可以在物理孔徑一定的情況下對目標(biāo)進(jìn)行超分辨；同時(shí)，本發(fā)明的方法利用單次回波 數(shù)據(jù)即可完成對自相關(guān)矩陣的映射，在低信噪比時(shí)具有更低的估計(jì)方差。
【附圖說明】
[0023] 圖1為陣列信號處理示意圖。
[0024] 圖2為機(jī)載正前視掃描雷達(dá)工作示意圖。
[0025] 圖3為本實(shí)施方式采用的天線方向圖。
[0026] 圖4為本實(shí)施方式目標(biāo)分布。
[0027] 圖5為本實(shí)施方式目標(biāo)方位向回波。
[0028] 圖6為本發(fā)明方法流程示意圖。
[0029] 圖7為本實(shí)施方式角超分辨結(jié)果。
【具體實(shí)施方式】
[0030] 為便于本領(lǐng)域技術(shù)人員理解本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容，下面結(jié)合附圖對本
【發(fā)明內(nèi)容】
進(jìn)一 步闡釋。
[0031] 如圖1所示為陣列信號示意圖，如圖2所示為本實(shí)施例機(jī)載正前視掃描雷達(dá)成像 示意圖，如圖3所示為本實(shí)施方式采用的天線方向圖，其中平臺運(yùn)動(dòng)速度V = 100m/s，波束 下視角α =30°，目標(biāo)回波的主瓣寬度為0w= 3°，天線掃描范圍為正前視±8°區(qū)域， 掃描速度為《=60°/8，發(fā)射信號波長為人=0.03111、帶寬為8 = 101抱、調(diào)頻斜率為心 =2. 5X1013Hz/s的線性調(diào)頻信號。脈沖重復(fù)頻率PRF = 1000,方位向采樣點(diǎn)數(shù)K = 500。 以下闡述中，只考慮某一距離Rc處各方位向上的目標(biāo)。本實(shí)施例設(shè)兩個(gè)同一距離單元上的 等幅目標(biāo)分別位于方位向-Γ和Γ處。
[0032] 假設(shè)在掃描區(qū)域中，每個(gè)方位采樣點(diǎn)上都有目標(biāo)存在，令這些目標(biāo)的位置參數(shù)為 Θ = (S1, θ2，…θκ)，幅度參數(shù)為〇 = (〇1，〇 2，···，οκ)，則這些目標(biāo)回波信號經(jīng)相干解 調(diào)后可表不為：
[0034] 其中，t表示距離快時(shí)間，變化范圍由發(fā)射機(jī)到目標(biāo)的雙程距離決定，τ為方位時(shí) 間，變化范圍為[-0· 25 0· 25]秒，rect( ·)為矩形窗函數(shù)，exp( ·)為指數(shù)函數(shù)，a( Θ k，τ ) 表示τ時(shí)刻指向角度為0,的天線方向圖函數(shù)值。
[0035] 首先，進(jìn)行距