[发明专利]基于变分贝叶斯推论的高速目标HRRP重构方法

说明书

本发明属于雷达信号处理领域，涉及一种基于变分贝叶斯推论的高速目标HRRP重构方法。包括以下步骤：S1对目标欠采样回波进行稀疏表示建模；S2通过变分贝叶斯推论重构目标HRRP；S3通过基于牛顿迭代的最小熵方法估计目标速度，包括三个分步骤：S3.1计算图像熵关于目标速度的一阶导；S3.2计算图像熵关于目标速度的二阶导；S3.3通过牛顿迭代式估计目标速度。通过本发明可实现欠采样条件下高速运动目标HRRP重构，在低信噪比、强干扰等因素导致雷达回波欠采样的条件下，仍可从欠采样回波中有效估计目标速度，并补偿目标速度引入的高阶相位误差，从而矫正目标HRRP展宽、散焦等畸变，获取聚焦效果好、分辨率高的目标HRRP，对于雷达目标识别有重要的工程应用价值。

技术领域

本发明属于雷达信号处理领域，具体涉及一种基于变分贝叶斯推论的高速目标高分辨一维距离像(High Resolution Range Profile，HRRP)重构方法。

背景技术

高分辨一维距离像(HRRP)是目标散射中心在雷达视线(LOS)方向的投影，是逆合成孔径雷达(ISAR)成像的基础，同时可用于估计目标在雷达LOS方向上的尺寸，是雷达目标识别的重要技术途径，已在空间目标监视、导弹防御、航空管制等领域获得广泛应用。

对于高速运动目标，其HRRP将受到速度引起的高次相位误差影响，呈现展宽、散焦等畸变，导致分辨率降低。此时需要对雷达回波进行速度补偿，即利用雷达测量的目标速度或从雷达回波估计得到的速度补偿高次相位误差，以矫正由目标速度引起的HRRP畸变。其中，雷达测速需要耗费较多雷达硬件资源，不利于雷达资源调度，而从雷达回波估计目标速度通过信号处理的方式有效降低了雷达硬件要求，已获得广泛应用。然而在低信噪比(SNR)、强干扰等条件下，雷达回波数据质量下降，部分回波数据失效，呈现欠采样的形式。此时，传统分数阶傅里叶变换(FrFT)等速度补偿方法的估计精度降低，所得HRRP出现展宽与散焦，且受到较强旁、栅瓣影响，难以满足工程需求。欠采样条件下高速运动目标HRRP重构技术，对提高数据质量受限条件下高速运动目标HRRP的分辨率具有重要工程应用价值。

发明内容

本发明要解决的技术问题是在欠采样条件下，对高速运动目标速度的估计精度下降，导致HRRP质量降低，难以满足工程实际需求。

本发明的思路是针对欠采样条件下高速运动目标HRRP分辨率降低的问题，提出一种基于变分贝叶斯推论的高速目标HRRP重构方法。该方法首先利用高速目标HRRP的稀疏特性，采用拉普拉斯分层模型(LSM)对其进行稀疏先验建模，然后通过变分贝叶斯推论获取HRRP的后验概率，并在迭代过程中利用牛顿迭代方法估计目标速度，补偿速度引起的高阶相位误差，以矫正目标速度引起的HRRP畸变。当迭代收敛时，将最后一步所得后验概率的期望作为HRRP的重构结果。

本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种基于变分贝叶斯推论的高速目标HRRP重构方法，包括以下步骤(为方便简洁，统一规定：矩阵或向量用粗体字母表示，对任意向量a，a_i表示a的第i个元素，对任意矩阵A，A_i,j表示A的第(i,j)个元素)：

S1对雷达回波进行稀疏表示建模：

在宽带雷达信号处理过程中，由于单脉冲持续时间较短，一般可假设目标为“走-停”模型(保铮，《雷达成像技术》)，即目标在雷达单脉冲持续时间内静止，仅在脉冲间运动。然而对于高速运动目标，如导弹、卫星等，由于其速度较大，在雷达单脉冲持续时间内的走动不能忽略。在考虑目标脉内走动的情况下，雷达回波可表示为：