[发明专利]一种实波束扫描雷达前视角超分辨成像方法

说明书

本发明公开了一种实波束扫描雷达前视角超分辨率成像方法，属于一种使用成像区域散射系数的全变差泛函作为先验信息的解卷积实现扫描雷达前视角超分辨成像方法。本发明中将扫描雷达方位向回波信号建模为天线波束沿方位向采样序列与目标反射率分布函数沿方位向采样序列的卷积并叠加噪声的结果，从而将扫描雷达前视角超分辨成像问题转化成解卷积问题；然后，融合成像区域散射系数的全变差泛函，作为解卷积问题的先验信息，将解卷积问题转化为约束优化问题；最后，使用交叉方向迭代法求解约束优化问题的全局最优值，实现扫描雷达前视角超分辨成像。

技术领域

本发明涉及一种成像方法，尤其涉及一种实波束扫描雷达前视角超分辨率成像方法。

背景技术

雷达平台正前视区域二维高分辨成像，在对地搜索、对海探测与成像、飞机盲降、地形匹配、地形跟随、对地攻击、导弹末制导等领域有着迫切的应用需求。

合成孔径雷达成像方法和多普勒波束锐化技术均能实现高分辨成像，受成像机理约束，这两种方法都不适用于雷达平台正前视区域高分辨成像。实波束扫描雷达根据天线波束掠过成像场景的时间先后关系，融合目标在空间散射的先验信息，使用数学计算的方法处理回波信号，实现前视探测区域的二维高分辨成像。

扫描雷达的角分辨率为其中，∝表示正比关系，l是发射信号波长，D表示天线孔径尺寸。由此可知，扫描雷达角分辨率受发射信号波长和天线孔径的制约。所以，增加雷达天线尺寸或降低信号波长，提高雷达角分辨率。

然而，上述两种途径都无法满足应用需求。降低发射信号波长会造成雨衰更加严重，而增加天线孔径会限制雷达对平台的适应性。因此，需要寻找新的成像途径，突破系统参数对雷达角分辨率的限制，实现雷达前视方位向高分辨成像。

发明内容

为解决面目标雷达角超分辨成像时边缘模糊的技术问题，本发明提供一种实波束扫描雷达前视角超分辨率成像方法。

本发明的解决方案是：一种实波束扫描雷达前视角超分辨率成像方法，其包括以下步骤：步骤一：扫描雷达回波建模，基于置有雷达的机载平台与场景中目标的几何关系建立前视扫描雷达的运动几何模型以获取回波数据；步骤二：回波数据距离向脉冲压缩，构造距离向脉压参考信号；再将该距离向脉压参考信号与该回波数据进行最大自相关运算，实现该回波数据在距离向的脉冲压缩；步骤三：距离走动校正，消除时间变量对机载平台与目标的距离函数的影响；步骤四：扫描雷达角超分辨成像问题的数学表征，目标反射率分布函数的方位采样序列与天线波束方位采样序列的线性卷积，并叠加噪声的结果，将扫描雷达角超分辨成像问题转化成对应的卷积反演问题，通过求解卷积反演的问题实现扫描雷达角超分辨成像；步骤五：交叉方法迭代解卷积，将目标信息由数据域投影到图像域，实现扫描雷达角超分辨成像。

作为上述方案的进一步改进，在步骤一中，令载机平台的移动速度为V；雷达天线的扫描速度为ω；雷达的波束俯仰角为θ；目标的方位角为记发射信号的载频为f_c，脉冲重复时间为PRI；场景中目标到雷达天线的初始斜距记为R₀；经过时间t，载机平台与场景中位于(x,y)点处目标的距离，记为R(x,y,t)；此时目标到雷达的斜距表示为