基于反卷積的雷達角超分辨成像方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于反卷積的雷達角超分辨成像方法，將雷達角超分辨成像轉化成一個復數域上的卷積反演問題，并通過添加約束條件改變卷積反演問題固有的病態性；同時，將卷積反演問題轉化成相應的復數域上約束目標函數的最優解的實現問題；再使用實數域上的向量表示復變量，將復數域上的約束目標函數最優解問題轉化成實數域上無約束目標函數最優解的實現問題；最后，使用Lagrange乘子法實現實數域上無約束目標函數最優解，實現掃描雷達角超分辨成像。本發明的方法能夠突破天線系統參數對雷達圖像分辨率的限制，實現雷達角超分辨成像；成像結果在保持目標幅度、數目、位置信息上具有良好的效果。
【專利說明】基于反卷積的雷達角超分辨成像方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于雷達信號處理【技術領域】，尤其涉及一種基于反卷積的雷達角超分辨成 像方法。
【背景技術】
[0002] 雷達作為微波成像領域中的重要工具，具有全天時，全天候工作能力，已被廣泛應 用于海洋搜救、地形測繪、地質災害救援等領域。傳統的合成孔徑雷達（SAR)能夠實現側 視及斜前視區域二維高分辨的成像，但是無法實現雷達平臺正前視區域成像。這是因為正 前視區域的等距離線和等多普勒線平行。為了實現雷達前視區域成像，可使用雷達前視波 束掃描的方式。掃描雷達是指雷達波束在方位上均勻或非均勻掃描被探測區域，通過雷達 天線波束掠過場景中目標的時間先后關系，對回波信號的處理，獲取目標在前視方位向上 的散射信息，最終達到對被探測區域的超分辨成像。本發明提出采用方位向實波束掃描的 方式實現前視區域方位向高分辨。雷達成像的本質是利用觀測到的場景散射信息結合信號 處理的方法提高雷達的分辨率，使得分辨單元的尺寸小于被成像的目標尺寸，最終得到目 標的細節信息。本發明中提出的方位向信號處理方法正是基于這種思想，通過前視方位向 回波信號的卷積反演實現雷達前視區域角超分辨；在處理距離向回波信號時與傳統的SAR 相同，采用脈沖壓縮的方式實現距離向高分辨成像。在文獻：Gambardella, Attilio, and Maurizio Migliaccio. 〃0n the superresolution of microwave scanning radiometer measurements.''Geoscience and Remote Sensing Letters, IEEE5. 4(2008) :796-800. 和 Migliaccio, Maurizio, and Attilio Gambardella.''Microwave radiometer spatial resolution enhancement."Geoscience and Remote Sensing, IEEE Transactions on43. 5(2005) :1159-1169.中提出回波信號可等價為發射信號與場景中目標散射系數 的卷積結果。因此，卷積反演的方式可實現雷達角超分辨。然而，卷積反演問題本身 具有的不適定性，使得該問題的求解具有一定的難度。在文獻：Richardson, William Hadley. 〃Bayesian-based iterative method of image restoration. 〃J0SA62. 1 (1972) :55-59.和 Lucy, L. B. 〃An iterative technique for the rectification of observed distributions. 〃The astronomical journal79(1974) :745.中提出基于貝葉斯理論下的 卷積反演方法，并被廣泛應用于光學圖像的超分辨。由于光學成像中無需考慮信號的相位 信息，如果將光學中卷積反演的方法直接應用到微波成像中，將無法使用微波成像中信號 的相位信息會造成角分辨率低，目標幅度信息失真、位置偏移，虛假目標的出現等現象。這 些現象都會影響著雷達成像技術在國民經濟領域中的應用。
【發明內容】
[0003] 本發明的目的是針對【背景技術】存在的缺陷，提出了一種基于反卷積的雷達角超分 辨成像方法。
[0004] 本發明的技術方案為：一種基于反卷積的雷達角超分辨成像方法，具體包括以下 步驟：
[0005] 步驟一：雷達回波建模，
[0006] 雷達進行前視掃描時，雷達平臺沿X軸正方向運動速度記為V，雷達平臺高度記為 H，雷達天線沿Y軸方向掃描角速度記為ω，雷達天線波束俯仰角記為Θ，發射信號載頻記 為f。，雷達平臺初始位置記為（〇,〇，Η)，脈沖重復時間記為PRI，場景沿距離向（X軸方向） 采樣點數記為凡，成像場景回波方位向（Υ軸方向）采樣點數記為N a，t時刻雷達平臺與場 景中位于（x，y)處目標的距離記為R(x，y，t)，為目標的方位角；雷達發射信號為：
【權利要求】
1. 一種基于反卷積的雷達角超分辨成像方法，其特征在于，具體包括以下步驟： 步驟一：雷達回波建模， 雷達進行前視掃描時，雷達平臺沿X軸正方向運動速度記為V，雷達平臺高度記為H，雷 達天線沿Y軸方向掃描角速度記為ω，雷達天線波束俯仰角記為Θ，發射信號載頻記為f。， 雷達平臺初始位置記為（〇,〇，H)，脈沖重復時間記為PRI，場景沿距離向（X軸方向）采樣點 數記為隊，成像場景回波方位向（Y軸方向）采樣點數記為N a，t時刻雷達平臺與場景中位 于（x，y)處目標的距離記為1?0^，〇，^為目標的方位角；雷達發射信號為 ：
【文檔編號】G01S13/89GK104122549SQ201410348792
【公開日】2014年10月29日 申請日期:2014年7月21日 優先權日:2014年7月21日
【發明者】黃鈺林, 李 杰, 包毅, 鄧敏, 李潔洋, 查月波, 楊建宇 申請人:電子科技大學