[发明专利]基于联合多波位的高分辨DBS成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体地说是一种高分辨率多普勒波束锐化DBS成像方法，可用于目标检测和跟踪。

背景技术

雷达是由二战中的军事需求发展起来的，最初用于跟踪恶劣天气及黑夜中的飞机和舰船，早期的雷达系统利用时间延迟来测量雷达与目标之间的距离，从而对目标进行跟踪监视。随着相关技术的发展，雷达应用已不再局限于对目标的简单跟踪，目前，对目标类型进行分类和识别，获得监视范围内高分辨的图像信息等成为了雷达研究的新热点。

1951年6月，美国Goodyear公司的Carl Wiley首次提出了通过对多普勒频移进行处理的方法来改善运动平台雷达的方位分辨率，将这种通过信号分析技术来构建一个等效长天线的思想称为合成孔径雷达SAR。合成孔径雷达通过对地面散射体进行长时间观测能获得较高分辨率，但其观测场景范围有限，不具备快速再访能力，且很难对远距离、大范围内的目标进行实时监测跟踪。而扫描运动目标识别采用方位向扫描的方式可以对远距离、大范围进行快速扫描，其再访能力高，是一种“非聚焦”SAR体制。扫描运动目标识别即广域GMTI，它不但具有非常重要的军事意义，在民用方面也能发挥很大的作用，可以用于快速营救、缉私以及高速公路的交通监视等方面。

采用广域扫描模式进行监视的同时使用多普勒波束锐化DBS技术可以提高雷达方位分辨率。多普勒波束锐化DBS通过分析多普勒，将同一波束内的回波按不同的方位锐化成一组多普勒波束，使得不同多普勒波束对应不同的多普勒频率，从而利用平台运动导致的多普勒扩散来分辨不同方向的回波，提高雷达方位分辨率。它具有运算量小、成像面积大和再访能力强的优势，因此在战场侦察等领域有着广泛的应用。1953年，美国在DC-3飞机上进行了试飞，此后，国内外在DBS领域研究的发展很快，美国的现役战斗机均拥有DBS功能，如海军的S-3，空军的F-16等多种预警机、战斗机和无人机均装有具有DBS功能的雷达系统，扇扫时的锐化比可达到40：1，小区域成像时可以达到60：1。我国DBS研究开展了近二十年，1984年，北京航空航天大学在中航607所的资助下展开了DBS的研究；张直中在PD雷达上获得了非实时DBS成像；张庆文等对DBS运动补偿进行了深入研究。

国内外对DBS的成像研究大多集中在图像拼接方法和载机运动补偿两个方面，很少有学者在提高DBS图像分辨率方面做深入研究。从本质上来说，扫描模式的DBS成像属于非聚焦成像，因而其方位分辨率与条带模式和聚束模式相比比较低，不能满足载机对地的高分辨观测要求。

发明内容

本发明的目的在于针对上述DBS成像技术方位分辨率较低这一不足之处，在充分利用雷达相干积累脉冲数的基础上，提出了一种基于联合多波位的高分辨DBS的成像方法，以实现雷达在飞机飞行过程中进行机械扫描时对地面的高分辨DBS成像。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

(1)将雷达安装在飞机上，雷达在飞机飞行过程中进行机械扫描，且扫描波位随着时间变化，雷达共扫描N个波位，N≥2；将雷达开机工作扫描的起始波位作为第1个波位，每扫描一个波位雷达录取一次地面回波数据；

(2)建立第1个波位对应的地面坐标系X₁O₁Y₁，读取飞机在正东方向速度v_E1，正北方向速度v_N1，得到飞机的航向角θ₁＝atan(v_E1/v_N1)；

(3)建立雷达在第i个波位照射地面点目标p的几何模型；

(4)利用步骤(3)中建立的模型求雷达在第i个波位照射地面点目标的时间t_i，进而求得雷达相干积累脉冲数K_i＝floor(t_i·f_r)，确定要联合的波位数为：

B_i＝floor(K_i/K)，

其中，f_r为雷达发射脉冲重复频率，K为每个波位发射的脉冲数，floor代表向下取整；i为扫描波位数，其起始为1，终止为N；

(5)取出第i到i+B_i-1共B_i个波位雷达录取的回波数据，将取出的B_i个波位的数据合并，得到波位数据矩阵A；

(6)利用相关函数法估计出波位数据矩阵A的多普勒中心频率f_dc，得到多普勒中心通道；