基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法
2023-06-01 14:07:46 2
基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法
【專利摘要】本發明公開一種基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法,主要解決現有雷達通道參數補償方法不能完全補償掉雷達通道參數的問題。其實現過程是：(1)對雷達回波信號進行預處理，獲得頻率域信號；(2)從頻率域信號中截取在發射信號帶寬內的有效信號；(3)根據有效信號，構建改進的基於L1範數約束的稀疏優化模型；(4)對稀疏優化模型進行交替迭代求解，不斷更新其中的補償矩陣和後向散射係數矩陣，得到最優補償矩陣及最優後向散射係數矩陣，實現對雷達通道參數的在線補償。本發明減少了距離維的散焦程度，能在稀疏成像過程中對雷達通道參數進行在線補償，提高了成像質量，可用於為後續雷達目標識別提供清晰的圖像。
【專利說明】基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於雷達【技術領域】，涉及雷達通道參數的補償方法，可用於提高成像雷達的成像質量。
【背景技術】
[0002]成像雷達，是不同於傳統雷達的一種具備二維高分辨成像能力的雷達，它能夠全天候、全天時、遠距離獲得觀測場景的精細圖像，具有重要的軍用和民用價值。成像雷達主要有兩類:合成孔徑雷達SAR及逆合成孔徑雷達ISAR。SAR主要用來獲取大面積地面場景的精細圖像，而ISAR則主要用來獲取非合作運動目標，如飛機、艦船和飛彈等的精細圖像。這兩種雷達雖然用途不同，但原理相同。在距離維，SAR與ISAR都是通過發射大帶寬的電磁波信號獲得距離維的高分辨能力；在方位維，SAR通過運動雷達平臺合成大孔徑以達到方位維高分辨，而ISAR的方位維高分辨則利用了目標相對於雷達姿態變化的總角度，但兩種成像雷達都是利用了雷達與場景之間的相對轉動分量實現方位維高解析度。
[0003]對於發射電磁波信號的成像雷達收發系統，由於器件的非理想特性，使得收發系統存在幅相誤差，該幅相誤差的來源主要包括:寬帶信號發生器的傳輸響應、高功率發射機的傳輸特性、收發天線的傳輸函數以及其他一些器件的非理想傳輸函數。另外，系統隨機熱噪聲的影響也會造成收發系統的幅相誤差。雷達收發系統中所有器件的傳輸函數構成了雷達系統的傳輸函數，這裡稱為雷達通道參數。
[0004]雷達通道參數的存在會造成雷達接收機接收到的信號偏離發射信號，從而造成脈衝壓縮結果變差:輕則表現為高旁瓣的存在，降低成像雷達距離維解析度；重則造成成像雷達在距離維散焦，成像算法失效，得不到聚焦性能良好的雷達圖像。
[0005]傳統對雷達通道參數的補償方法主要集中在雷達收發系統內部，主要包括以下幾種:
[0006]一是通過數字預失真技術對寬帶信號發生器的非理想特性進行補償，得到接近理想線性調頻特性；
[0007]二是採用工藝成熟、一致性好、具有超寬帶頻率特性的拋物面天線，能夠有效保證收發天線具有一致的幅相特性；
[0008]三是利用矢量網絡分析儀精確測量器件在接收時的傳輸特性，用以校正器件。
[0009]上述這些傳統方法雖然可以補償掉部分器件的傳輸函數的影響，但不能完全補償雷達通道參數，使得雷達通道仍然存在殘餘參數。這種殘餘的雷達通道參數會影響成像質量，特別是隨著解析度的提高，殘餘雷達通道參數會造成成像質量的大幅下降。
【發明內容】
[0010]本發明的目的在於針對上述已有技術的不足，提出一種基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法，以避免雷達通道的殘餘參數存在，提高成像質量。
[0011]實現本發明目的技術方案是:通過交替優化後向散射係數矩陣和雷達通道參數與殘餘初相誤差的補償矩陣，使得在線補償雷達通道參數、殘餘初相誤差補償和稀疏ISAR成像同時實現。具體步驟包括如下:
[0012](I)對雷達回波信號進行預處理，獲得頻率域信號:
[0013](Ia)對雷達回波信號S e Cnxm進行脈衝壓縮及平動補償，得到平動補償後的雷達回波信號e Cnxm，其中，C表示複數域，N表示每次脈衝一維距離像的採樣點數，M表示雷達接收到的回波次數；
[0014](Ib)對平動補償後的雷達回波信號&按列分別作快速傅立葉變換FFT，得到頻率域信號 sf，Sf e Cnxm ；
[0015](2)從頻率域信號Sf中截取在發射信號帶寬內的有效信號V，V e Cyxm, Y為有效信號V的行數，根據該有效信號V，構建如下改進的基於LI範數約束的稀疏優化模型:
【權利要求】
1.一種基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法，包括如下步驟: (1)對雷達回波信號進行預處理，獲得頻率域信號: (1a)對雷達回波信號S e Cnxm進行脈衝壓縮及平動補償，得到平動補償後的雷達回波信號:? e Cnxm，其中，C表示複數域，N表示每次脈衝一維距離像的採樣點數，M表示雷達接收到的回波次數； (1b)對平動補償後的雷達回波信號&按列分別作快速傅立葉變換FFT，得到頻率域信號 Sf，Sf e Cnxm ； (2)從頻率域信號Sf中截取在發射信號帶寬內的有效信號V，Ve Cyxm, Y為有效信號V的行數，根據該有效信號V，構建如下改進的基於LI範數約束的稀疏優化模型:
2.根據權利要求1所述的基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法，其中步驟(2)所述的從頻率域信號Sf中截取在發射信號帶寬內的有效信號V，按如下步驟進行: (2A)對頻率域信號Sf每一點取其幅度，得到對應的幅度矩陣:Sfabs e Rtil，R+表示非負實數域； (2B)對幅度矩陣Sfabs沿行累加，獲得累加列向量Rp, Rp e ; (2C)取累加列向量Rp最大值的*作為閾值，統計出Rp內所有不小於閾值的元素所在的行數，構成集合W，並用P表示集合W內的最小值，用q表示集合W內的最大值，I ^ P ^ q ^ N ； (2D)將頻率域信號Sf中第P行到第q行的所有數據取出構成新矩陣，並將該新矩陣賦值給有效信號V，V e Cyxm, Y = q-ρ+Ι為有效信號V的行數。
3.根據權利要求1所述的基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法，其中步驟(3bl)所述的固定第n-Ι代補償矩陣Bn'將第n-Ι代後向散射係數矩陣Flri更新為第n代後向散射係數矩陣Fn，按如下步驟進行: (3bll)將第n-Ι代後向散射係數矩陣Flri賦值給第O代中間矩陣K°，K° e Cyxm，設內部迭代次數1 = 1; (3bl2)將第1-1代中間矩陣K1—1更新為第I代中間矩陣K1:
4.根據權利要求1所述的基於稀疏分析的成像雷達通道參數在線補償方法，其中步驟(3b2)所述的固定第η代後向散射係數矩陣Fn，將第η-l代補償矩陣Blri更新為第η代補償矩陣Bn，按如下步驟進行: (3b21)將第η-l代補償矩陣Blri賦值給第O代臨時矩陣G°，G0 e Cyxm ;將第η-l代雷達通道參數向量Κ1賦值給第O代臨時列向量P°，P° e Cyxi ;將第η-l代殘餘初相誤差向量 賦值給第O代臨時行向量Q°，Q° e Cixm;設初始內迭代次數m= I ； (3b22)固定第m-Ι代臨時行向量Q-—1，將第m_l代臨時列向量Pm.1更新為第m代臨時列向量Pm:
【文檔編號】G01S7/40GK103605116SQ201310651802
【公開日】2014年2月26日 申請日期:2013年12月4日 優先權日:2013年12月4日
【發明者】劉宏偉, 糾博, 叢玉來, 杜蘭, 王英華, 王鵬輝, 白雪茹 申請人:西安電子科技大學