[发明专利]迭代压缩模式下机载扫描雷达成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体涉及机载脉冲多普勒雷达前视扫描成像、直升机雷达环扫全方位成像以及航天器交会对接口扫描成像。

背景技术

雷达能够穿透云雨且不受太阳光线的制约，具有全天候、全天时对地面、海洋进行探测和搜索能力,在军事侦察、地形测绘、陆/海追踪与救援、以及海上缉私等领域，发挥不可或缺的重要作用。

机载扫描雷达，是在飞行器飞行过程中，通过机械转动的方式，使雷达波束能够在方位上均匀地扫描被探测区域。利用雷达天线掠过目标顺序的时间关系，通过对回波数据的有效处理，获取目标在空间方位上的反射信息，达到对地面或海洋探测和成像的目的。由于机载扫描雷达仅仅改变原有机载雷达波束对地照射方式，且能够通过信号处理的方法，实现方位高分辨成像。

传统机载扫描雷达成像，一般采样两种方式，其一如文献：Richards M A.Iterative noncoherent angular superresolution[radar][C]Radar Conference,1988,Proceedings of the1988IEEE National.IEEE,1988:100-105，直接利用实波束回波，进行成像处理，获取探测区域图像。这种方法没有从本质上突破信号波长和天线孔径对雷达天线角分辨率的限制，实用领域相当狭窄；第二种方式是如文献：李悦丽，梁甸农，黄晓涛，一种单脉冲雷达多通道解卷积前视成像方法，信号处理，Vol.23,No.5,2007，具体利用天线和差波束分别获取目标域数据，它主要是利用和差通道幅度信息差异，采用积分累加的方式，在图像域重构目标信息。该方法由于角闪烁的影响，易产生虚假目标，且仅适用于均匀背景下的强反射目标（高于背景10dB以上）或者弱反射目标（低于背景10dB以上）。

在文献Lucy L B.An iterative technique for the rectification of observed distributions[J].The astronomical journal,1974,79:745.中提出一种基于统计方法建模实现反卷积；该方法假设目标的先验信息在统计学上服从均匀分布，采用最大似然的方法实现反卷积。当该方法应用到实波束雷达成像上时，由于对成像场景中目标散射的先验信息的假设不合理，使得该方法在实波束雷达成像中仅对单点目标效果较好。当场景中存在多目标时，该方法会因为噪声放大，造成目标幅度失真、位置偏移、产生虚假目标等现象这些现象都影响目标的检测、定位和识别性能，给实际应用带来严重后果。

发明内容

本发明针对应用技术领域中重大需求和背景技术存在的缺陷，设计了一种迭代压缩模式下机载扫描雷达超分辨成像方法。

本发明的解决方案是将扫描雷达超分辨成像在数学上表征为使用凸优化方法实现超分辨成像后向模型在最大后验概率标准下的目标散射信息重构。首先，在贝叶斯理论框架下建立雷达超分辨成像的后向模型，该模型中采用高斯分布函数和拉普拉斯分布函数分别描述噪声的统计特性和目标散射的先验信息；然后在概率背景下，将已获取噪声分布函数和目标散射的先验信息精确的表征为目标与回波的后验概率，并对后验概率进行负对数变换，得到对应的目标函数，再通过求解目标函数的全局最小值实现雷达超分辨成像。因为使用拉普拉斯分布函数描述目标散射的先验信息，所以目标函数中含有不可微的l1范数，这使得基于梯度的算法无法实现目标函数全局最小值的实现。为此，本方法构造相应的压缩函数，再使用凸优化理论中的次梯度代替梯度，构造线性的迭代过程，使得迭代的结果在最大后验概率标准下收敛于目标函数全局最小值，最终实现了机载扫描雷达的高分辨成像。

为了方便描述本发明的内容，首先对下列术语进行解释：

术语1：机载扫描雷达

机载扫描雷达，是在飞行器飞行过程中，通过机械转动的方式，使雷达波束在方位上均匀地扫描地面、海洋或者空间目标的一种雷达。

术语2：先验信息

假设样本空间为Θ，在针对样本空间Θ进行试验之前获取样本Θ的经验或者历史资料称为样本空间Θ的先验信息。

术语3：似然函数