利用互相關函數抑制步進頻率成像中距離旁瓣的方法
【技術領域】
[0001] 本發明涉及一種陣列成像方法。
【背景技術】
[0002] 在聲納、雷達以及醫學等陣列成像技術中，為了提高成像系統的距離分辨率，需 要使用大帶寬的發射信號。但是大帶寬信號會導致成像系統發射和接收端的瞬時帶寬 增加，從而提高系統硬件成本。為了克服這一缺點，步進頻率系統（GillG，Detection oftargetsembeddedinclutterusingfrequencystepwaveform,Proceedingsof the1994InternationalSymposiumonNoiseandClutterRejectioninRadarsand ImagingSensors,Kawasaki,Japan, 1994:115?劉曉紅，高距離分辨成像雷達的信號分析與 處理，西安電子科技大學碩士學位論文，2006)可利用多個小帶寬信號來合成具有大帶寬的 信號，在不增加成像系統瞬時帶寬的前提下提高距離分辨率。
[0003] 在處理過程中，已有的步進頻率成像方法認為互相關函數是一種干擾。為 了抑制互相關干擾，步進頻率系統中多個發射脈沖的頻帶是相互分開的，因此合 成信號的距離旁瓣往往較高。為了抑制距離旁瓣，Levanon等人使用頻域加權法 (N.Levanon, "Stepped-frequencypulse-trainradarsignal, "IEEProc.-RadarSona r&Navigation,vol. 194,no. 6,pp. 297-309,Dec. 2002.)和距離柵辦置零法（N.Levanon，E. Mozeson,"NullifyingACFgratinglobesinstepped-frequencytrainofLFM pulses, "IEEETransactionsonAerospaceandElectronicSystem,vol. 39,no. 2,pp. 6 94-703,Apr. 2003.)，獲得了較低的距離旁瓣。但是這些方法容易導致合成信號的距離主瓣 變寬，從而導致距離分辨率下降。此外，這些方法僅僅是對自相關函數（或自模糊函數）進 行合成，忽略了互相關函數的作用并將其當作干擾進行抑制。
【發明內容】
[0004] 為了抑制步進頻率成像系統中合成相關函數的高距離旁瓣，本發明提供一種利用 互相關函數和自相關函數共同對合成的相關函數進行整形并獲得低距離旁瓣的方法。為了 利用互相關函數而不是抑制互相關函數，本發明設計一組線性調頻（LFM)脈沖作為步進頻 率系統的發射信號。通過將相鄰LFM脈沖的頻帶設為重疊、調頻方向設為相反，本發明獲得 相對傳統方法較高的互相關函數（互相關峰值大于自相關峰值的〇. 1倍），并將其作為有用 成分而加以保留與利用，最后通過優化脈沖信號參數最終達到壓低合成相關函數距離旁瓣 的目的。
[0005] 本發明解決其技術問題所采用的技術方案包括以下步驟：
[0006] 1)設定陣列參數，發射陣采用步進頻系統的陣列系統，單個發射陣元位于坐標原 點上；接收陣為N元ULA，所述的ULA表示均勻直線陣，陣元間距為d;使用二維坐標系統，發 射陣元坐標為（0, 0)，第n個接收陣元的坐標為{[n-l-(N-l)/2]d, 0}，n= 1，2,......，N;
[0007] 2)設計一組LFM脈沖，脈沖個數M多2,相鄰脈沖的頻帶重合，相鄰脈沖的調頻方 向相反，設第m個LFM脈沖為S111Ct)，
【主權項】
1. 一種利用互相關函數抑制步進頻率成像中距離旁瓣的方法，其特征在于包括下述步 驟： 1) 設定陣列參數，發射陣采用步進頻系統的陣列系統，單個發射陣元位于坐標原點上； 接收陣為N元ULA，所述的ULA表示均勻直線陣，陣元間距為d ;使用二維坐標系統，發射陣 元坐標為（0, 0)，第η個接收陣元的坐標為{[n-1-(N-l)/2]d, 0}，η = 1，2,......，N ; 2) 設計一組LFM脈沖，脈沖個數M多2,相鄰脈沖的頻帶重合，相鄰脈沖的調頻方向相 反，設第m個LFM脈沖為Sni⑴，
其中，t代表時間，fm = f Cl-Dm (Btl+ Λ B) /2為第m個LFM脈沖的中心頻率，Λ B為重合的 帶寬，其值為負值，為整個頻帶的中心頻率，B C1為單個LFM脈沖的帶寬，T ^為單個LFM脈 沖的脈寬，Dm為調頻方向控制參數，當第m個LFM脈沖為上調頻時，D m= 1，當第m個LFM脈 沖為下調頻時，Dm= -1，m = 1，2, "·，Μ ; 將所有LFM脈沖的自相關函數和互相關函數進行疊加，獲得合成信號的相關函數
'其中，Rm，m(t)是第m個LFM脈沖的自相關函數，R nuU)是 第m個LFM脈沖和別的LFM脈沖之間的互相關函數； 利用互相關函數和自相關函數共同對合成的相關函數進行整形，在獲得期望距離主瓣 的同時獲得低距離旁瓣，即距離旁瓣峰值小于等于主瓣峰值的〇. 1倍； 3) 利用步驟1)中的陣列按照時間間隔ΛΤ發射步驟2)中設計的M個LFM脈沖，采集 回波，第η個接收陣元上的回波為Xn(t)，
其中，σ p為第P個散射點的散射強度，P = 1，2,…，P，P為散射點個數，< 是單個發 射陣元到第P個散射點的時延，< 是第ρ個散射點到第η個接收陣元的時延，Λ T代表相鄰 LFM脈沖在發射時的時間間隔，Zn(t)代表噪聲項； 4) 獲得回波后，對不同LFM脈沖的回波進行時延矯正和時域疊加，得到信號的回波
采用M個LFM脈沖的拷貝對回波進行匹配濾 波，獲得MN個匹配濾波輸出，第m個匹配濾波器對第η個回波處理所得到的輸出ym，n(t)= xn(t)*hm(t)，其中，hm(t) = [SmCVt);^為與第m個匹配濾波器的沖擊響應函數，[]^代表 取共軛； 假設發射信號與噪聲不相關，則
對MN個匹配濾波輸出進行波束形成處理，獲得不同的波束輸出，進而獲得目標的二維 或三維像。
【專利摘要】本發明提供了一種利用互相關函數抑制步進頻率成像中距離旁瓣的方法，通過獲得具有一定高度的互相關函數，并使用互相關函數和自相關函數共同抑制合成相關函數的距離旁瓣，采集不同LFM脈沖的回波，將LFM脈沖回波之間的時延去掉，并將所有LFM脈沖的回波疊加，對疊加后的回波進行匹配濾波、波束形成和提取強度，獲得目標的像。發明提出的方法可以有效降低合成信號的距離旁瓣。
【IPC分類】G01S13-89, G01S7-41
【公開號】CN104765033
【申請號】CN201510209575
【發明人】劉雄厚, 孫超, 楊益新, 卓頡
【申請人】西北工業大學
【公開日】2015年7月8日
【申請日】2015年4月28日