[发明专利]一种空间高速机动目标三维瞬时成像方法

说明书

本发明提供一种空间高速机动目标三维瞬时成像方法，利用单个脉冲周期信号实现成像，能够避免高机动目标机动特性带来的信号无法相参积累的问题，进而实现高速机动目标三维瞬时成像；由此可见，本发明能够解决现有系稀疏重建算法在实际场景中存在的失配导致成像精度差的问题，且成像算法具有实时处理的能力；同时，相比于传统稀疏重建算法，本发明基于稀疏贝叶斯学习理论的优势在于引入了目标统计信息，增加信息量，三维图像重建精度高。

技术领域

本发明属于空间目标探测技术领域，尤其涉及一种空间高速机动目标三维瞬时成像方法。

背景技术

随着现代航天科技水平的日益提升，新型高机动空间航天器成为大国空间力量新的发展方向。该类目标运动样式复杂，高速机动能力强，对空间目标探测测量带来巨大挑战：一方面，现有技术体制很难包括对高速机动目标的探测和稳定跟踪；另一方面，现有观测设备不具备快速成像能力，无法实现目标特性的动态测量。现有地面雷达探测具有较大的局限性，具体体现为：传统雷达探测工作模式多是基于连续脉冲积累的时间采样，而高速机动目标对时间即为敏感，具有大动态、快起伏等特点，导致现有体制难以快速获取目标测量信息。此外，传统的成像雷达性存在成像实时性差、方位分辨率受限以及复杂的运动补偿等问题。

发明内容

为解决上述问题，本发明提供一种空间高速机动目标三维瞬时成像方法，能够避免高机动目标机动特性带来的信号无法相参积累的问题，实现高速机动目标三维瞬时成像。

一种空间高速机动目标三维瞬时成像方法，包括以下步骤：

S1：设定地面雷达天线阵列的布局，且该布局属于稀布阵列构型；

S2：将步骤S1设定的地面雷达天线阵列接收到的回波信号进行联合处理，得到单个脉冲周期内的稀布阵列三维成像观测方程如下：

其中，为单个脉冲周期内的采样点个数，m∈1,2,...M_X，M_X为稀布阵列构型中沿X方向分布的地面雷达天线数目，n∈1,2,...M_Y，M_Y为稀布阵列构型中沿Y方向分布的地面雷达天线数目，为稀布阵列构型中第m行第n列的天线(m,n)对应的回波信号，k＝1,2,…,N，N_r、N_θ和分别为将地面雷达天线阵列的观测区域沿距离、方位角、俯仰角三个维度进行离散化后得到的网格点数，I_k为第k个网格的后向散射系数；令则Φ((m,n),k,j)为天线(m,n)在第j个采样点时对第k个网格的观测量；

S3：基于稀疏贝叶斯学习理论，以最大后验概率为准则，采用变分期望最大方法求解稀布阵列三维成像观测方程，得到观测区域每一个网格点的后向散射系数I_k，实现观测区域的三维图像重建。

进一步地，地面雷达天线阵列的布局的设定方法为：

S11：获取地面雷达天线阵列的布局空间大小：

其中，L_X为地面雷达天线阵列沿X轴方向上的有效尺寸，L_Y为地面雷达天线阵列沿Y轴方向上的有效尺寸，λ_c为地面雷达工作波长，R_max为基于稀布阵列构型的雷达系统的最远作用距离，ρ_X和ρ_Y分别为目标沿X轴和Y轴方向上的三维相对定位精度，Q_X和Q_Y为超分辨因子；

S12：根据地面雷达天线阵列的布局空间大小、观测目标空域角度范围以及目标预期稀疏度确定地面雷达天线数目M_X和M_Y；