基于稀疏分析的成像雷達(dá)通道參數(shù)在線補(bǔ)償方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于稀疏分析的成像雷達(dá)通道參數(shù)在線補(bǔ)償方法,主要解決現(xiàn)有雷達(dá)通道參數(shù)補(bǔ)償方法不能完全補(bǔ)償?shù)衾走_(dá)通道參數(shù)的問題。其實(shí)現(xiàn)過程是：(1)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，獲得頻率域信號(hào)；(2)從頻率域信號(hào)中截取在發(fā)射信號(hào)帶寬內(nèi)的有效信號(hào)；(3)根據(jù)有效信號(hào)，構(gòu)建改進(jìn)的基于L1范數(shù)約束的稀疏優(yōu)化模型；(4)對(duì)稀疏優(yōu)化模型進(jìn)行交替迭代求解，不斷更新其中的補(bǔ)償矩陣和后向散射系數(shù)矩陣，得到最優(yōu)補(bǔ)償矩陣及最優(yōu)后向散射系數(shù)矩陣，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷達(dá)通道參數(shù)的在線補(bǔ)償。本發(fā)明減少了距離維的散焦程度，能在稀疏成像過程中對(duì)雷達(dá)通道參數(shù)進(jìn)行在線補(bǔ)償，提高了成像質(zhì)量，可用于為后續(xù)雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別提供清晰的圖像。
【專利說明】基于稀疏分析的成像雷達(dá)通道參數(shù)在線補(bǔ)償方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于雷達(dá)【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及雷達(dá)通道參數(shù)的補(bǔ)償方法，可用于提高成像雷達(dá)的成像質(zhì)量。
【背景技術(shù)】
[0002]成像雷達(dá)，是不同于傳統(tǒng)雷達(dá)的一種具備二維高分辨成像能力的雷達(dá)，它能夠全天候、全天時(shí)、遠(yuǎn)距離獲得觀測(cè)場(chǎng)景的精細(xì)圖像，具有重要的軍用和民用價(jià)值。成像雷達(dá)主要有兩類:合成孔徑雷達(dá)SAR及逆合成孔徑雷達(dá)ISAR。SAR主要用來(lái)獲取大面積地面場(chǎng)景的精細(xì)圖像，而ISAR則主要用來(lái)獲取非合作運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，如飛機(jī)、艦船和導(dǎo)彈等的精細(xì)圖像。這兩種雷達(dá)雖然用途不同，但原理相同。在距離維，SAR與ISAR都是通過發(fā)射大帶寬的電磁波信號(hào)獲得距離維的高分辨能力；在方位維，SAR通過運(yùn)動(dòng)雷達(dá)平臺(tái)合成大孔徑以達(dá)到方位維高分辨，而ISAR的方位維高分辨則利用了目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)姿態(tài)變化的總角度，但兩種成像雷達(dá)都是利用了雷達(dá)與場(chǎng)景之間的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)分量實(shí)現(xiàn)方位維高分辨率。
[0003]對(duì)于發(fā)射電磁波信號(hào)的成像雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)，由于器件的非理想特性，使得收發(fā)系統(tǒng)存在幅相誤差，該幅相誤差的來(lái)源主要包括:寬帶信號(hào)發(fā)生器的傳輸響應(yīng)、高功率發(fā)射機(jī)的傳輸特性、收發(fā)天線的傳輸函數(shù)以及其他一些器件的非理想傳輸函數(shù)。另外，系統(tǒng)隨機(jī)熱噪聲的影響也會(huì)造成收發(fā)系統(tǒng)的幅相誤差。雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)中所有器件的傳輸函數(shù)構(gòu)成了雷達(dá)系統(tǒng)的傳輸函數(shù)，這里稱為雷達(dá)通道參數(shù)。
[0004]雷達(dá)通道參數(shù)的存在會(huì)造成雷達(dá)接收機(jī)接收到的信號(hào)偏離發(fā)射信號(hào)，從而造成脈沖壓縮結(jié)果變差:輕則表現(xiàn)為高旁瓣的存在，降低成像雷達(dá)距離維分辨率；重則造成成像雷達(dá)在距離維散焦，成像算法失效，得不到聚焦性能良好的雷達(dá)圖像。
[0005]傳統(tǒng)對(duì)雷達(dá)通道參數(shù)的補(bǔ)償方法主要集中在雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)內(nèi)部，主要包括以下幾種:
[0006]一是通過數(shù)字預(yù)失真技術(shù)對(duì)寬帶信號(hào)發(fā)生器的非理想特性進(jìn)行補(bǔ)償，得到接近理想線性調(diào)頻特性；
[0007]二是采用工藝成熟、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(fā)天線具有一致的幅相特性；
[0008]三是利用矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀精確測(cè)量器件在接收時(shí)的傳輸特性，用以校正器件。
[0009]上述這些傳統(tǒng)方法雖然可以補(bǔ)償?shù)舨糠制骷膫鬏敽瘮?shù)的影響，但不能完全補(bǔ)償雷達(dá)通道參數(shù)，使得雷達(dá)通道仍然存在殘余參數(shù)。這種殘余的雷達(dá)通道參數(shù)會(huì)影響成像質(zhì)量，特別是隨著分辨率的提高，殘余雷達(dá)通道參數(shù)會(huì)造成成像質(zhì)量的大幅下降。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0010]本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出一種基于稀疏分析的成像雷達(dá)通道參數(shù)在線補(bǔ)償方法，以避免雷達(dá)通道的殘余參數(shù)存在，提高成像質(zhì)量。
[0011]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案是:通過交替優(yōu)化后向散射系數(shù)矩陣和雷達(dá)通道參數(shù)與殘余初相誤差的補(bǔ)償矩陣，使得在線補(bǔ)償雷達(dá)通道參數(shù)、殘余初相誤差補(bǔ)償和稀疏ISAR成像同時(shí)實(shí)現(xiàn)。具體步驟包括如下:
[0012](I)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，獲得頻率域信號(hào):
[0013](Ia)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)S e Cnxm進(jìn)行脈沖壓縮及平動(dòng)補(bǔ)償，得到平動(dòng)補(bǔ)償后的雷達(dá)回波信號(hào)e Cnxm，其中，C表示復(fù)數(shù)域，N表示每次脈沖一維距離像的采樣點(diǎn)數(shù)，M表示雷達(dá)接收到的回波次數(shù)；
[0014](Ib)對(duì)平動(dòng)補(bǔ)償后的雷達(dá)回波信號(hào)&按列分別作快速傅里葉變換FFT，得到頻率域信號(hào) sf，Sf e Cnxm ；
[0015](2)從頻率域信號(hào)Sf中截取在發(fā)射信號(hào)帶寬內(nèi)的有效信號(hào)V，V e Cyxm, Y為有效信號(hào)V的行數(shù)，根據(jù)該有效信號(hào)V，構(gòu)建如下改進(jìn)的基于LI范數(shù)約束的稀疏優(yōu)化模型:
【權(quán)利要求】
1.一種基于稀疏分析的成像雷達(dá)通道參數(shù)在線補(bǔ)償方法，包括如下步驟: (1)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理，獲得頻率域信號(hào): (1a)對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)S e Cnxm進(jìn)行脈沖壓縮及平動(dòng)補(bǔ)償，得到平動(dòng)補(bǔ)償后的雷達(dá)回波信號(hào):? e Cnxm，其中，C表示復(fù)數(shù)域，N表示每次脈沖一維距離像的采樣點(diǎn)數(shù)，M表示雷達(dá)接收到的回波次數(shù)； (1b)對(duì)平動(dòng)補(bǔ)償后的雷達(dá)回波信號(hào)&按列分別作快速傅里葉變換FFT，得到頻率域信號(hào) Sf，Sf e Cnxm ； (2)從頻率域信號(hào)Sf中截取在發(fā)射信號(hào)帶寬內(nèi)的有效信號(hào)V，Ve Cyxm, Y為有效信號(hào)V的行數(shù)，根據(jù)該有效信號(hào)V，構(gòu)建如下改進(jìn)的基于LI范數(shù)約束的稀疏優(yōu)化模型:
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏分析的成像雷達(dá)通道參數(shù)在線補(bǔ)償方法，其中步驟(2)所述的從頻率域信號(hào)Sf中截取在發(fā)射信號(hào)帶寬內(nèi)的有效信號(hào)V，按如下步驟進(jìn)行: (2A)對(duì)頻率域信號(hào)Sf每一點(diǎn)取其幅度，得到對(duì)應(yīng)的幅度矩陣:Sfabs e Rtil，R+表示非負(fù)實(shí)數(shù)域； (2B)對(duì)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(tǒng)計(jì)出Rp內(nèi)所有不小于閾值的元素所在的行數(shù)，構(gòu)成集合W，并用P表示集合W內(nèi)的最小值，用q表示集合W內(nèi)的最大值，I ^ P ^ q ^ N ； (2D)將頻率域信號(hào)Sf中第P行到第q行的所有數(shù)據(jù)取出構(gòu)成新矩陣，并將該新矩陣賦值給有效信號(hào)V，V e Cyxm, Y = q-ρ+Ι為有效信號(hào)V的行數(shù)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏分析的成像雷達(dá)通道參數(shù)在線補(bǔ)償方法，其中步驟(3bl)所述的固定第n-Ι代補(bǔ)償矩陣Bn'將第n-Ι代后向散射系數(shù)矩陣Flri更新為第n代后向散射系數(shù)矩陣Fn，按如下步驟進(jìn)行: (3bll)將第n-Ι代后向散射系數(shù)矩陣Flri賦值給第O代中間矩陣K°，K° e Cyxm，設(shè)內(nèi)部迭代次數(shù)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(jù)權(quán)利要求1所述的基于稀疏分析的成像雷達(dá)通道參數(shù)在線補(bǔ)償方法，其中步驟(3b2)所述的固定第η代后向散射系數(shù)矩陣Fn，將第η-l代補(bǔ)償矩陣Blri更新為第η代補(bǔ)償矩陣Bn，按如下步驟進(jìn)行: (3b21)將第η-l代補(bǔ)償矩陣Blri賦值給第O代臨時(shí)矩陣G°，G0 e Cyxm ;將第η-l代雷達(dá)通道參數(shù)向量Κ1賦值給第O代臨時(shí)列向量P°，P° e Cyxi ;將第η-l代殘余初相誤差向量 賦值給第O代臨時(shí)行向量Q°，Q° e Cixm;設(shè)初始內(nèi)迭代次數(shù)m= I ； (3b22)固定第m-Ι代臨時(shí)行向量Q-—1，將第m_l代臨時(shí)列向量Pm.1更新為第m代臨時(shí)列向量Pm:
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK103605116SQ201310651802
【公開日】2014年2月26日 申請(qǐng)日期:2013年12月4日 優(yōu)先權(quán)日:2013年12月4日
【發(fā)明者】劉宏偉, 糾博, 叢玉來(lái), 杜蘭, 王英華, 王鵬輝, 白雪茹 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)