[发明专利]一种海杂波背景下前视海面目标角超分辨成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，具体涉及一种海杂波背景下前视海面目标角超分辨成像方法的设计。

背景技术

机载平台前视海面区域的高分辨成像，在对海探测与成像、海面目标搜救、舰船编队识别、对舰攻击等领域有着巨大的应用需求。然而，由于前视区域内目标与机载平台运动产生的多普勒带宽过窄，无法利用合成孔径雷达技术(SAR)和多普勒波束锐化方法(DBS)实现前视区域内目标方位高分辨成像。因此，机载雷达通常利用扫描采样的方式获得前视区域内的实波束回波信号。由于雷达发射信号为线性调频信号(LFM)，使用脉冲压缩技术获得距离维的高分辨。对于回波信号的方位维，由于受天线尺寸的限制，很难获得与目标距离分辨率相匹配的的方位角分辨率，严重影响了该雷达工作模式的应用。因此，必须通过信号处理的方式，显著提升方位雷达角分辨率。

由于扫描雷达方位向信号可以看作是天线方向图与目标散射系数的卷积，因此可以通过解卷积的方法实现目标场景的重构，达到实波束方位角超分辨的目的。在文献“B.Clark.An efficient implementation of the algorithm‘clean’.Astronomy and Astrophysics,vol.89,p.377,1980”中，提出了一种可以同时提高距离维和方位维分辨率的clean算法。但是，这种方法不能抑制旁瓣增强，并且当多个目标出现在同一个波束内时，超分辨性能会有明显下降。

在文献“Jinchen Guan,Jianyu Yang and Yulin Huang.Maximum A Posteriori–Based Angular Superresolution for Scanning Radar Imaging.IEEE TRANSACTIONS ON AEROSPACE AND ELECTRONIC SYSTEMS VOL.50,NO.3JULY 2014”中，提出了一种基于最大后验准则下的角超分辨方法，该方法假设的回波信号中噪声和目标均服从独立泊松分布，然而这些假设不适用于海杂波背景下的目标角超分辨成像，将该方法应用到机载前视海面目标角超分辨成像中，会造成目标错位和噪声放大的出现，严重影响成像质量。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有机载前视海面目标角超分辨成像技术中存在目标错位和噪声放大等问题，提出了一种海杂波背景下前视海面目标角超分辨成像方法。

本发明的技术方案为：一种海杂波背景下前视海面目标角超分辨成像方法，包括以下步骤：

S1、根据机载雷达与目标的几何关系建立前视扫描雷达回波信号的运动几何模型；

S2、对回波信号进行距离向的脉冲压缩；

S3、对脉冲压缩后的回波信号进行距离走动校正；

S4、根据方位回波特性，将距离走动校正后的回波信号按照距离维重新排列为方位目标向量与卷积测量矩阵的乘积形式，构建方位卷积模型；

S5、根据方位卷积模型，利用噪声和目标分布的统计特性，在贝叶斯框架下建立最大后验目标函数并推导出迭代表达式，实现卷积反演；

S6、求取杂波统计参数和正则化参数；

S7、将杂波统计参数和正则化参数代入步骤S5的迭代表达式中，复原原始成像场景，实现前视雷达对海面目标角超分辨成像。

进一步地，步骤S1具体为：

设载机平台运动速度为v，天线顺时针扫描场景，初始时刻，在距离单元R₀处分布目标P_n；经过时间t，载机平台与场景中位于P_n点处目标的距离，记为R_n(t)；此时，目标到雷达之间的斜距历史近似表示为：

R_n(t)≈R₀-vt (1)

设发射信号为线性调频信号其中，rect(·)表示矩形信号，其定义为τ为距离向时间变量，T为脉冲时宽，c为光速，λ为波长，K_r为调频斜率；

对接收回波进行了离散处理，令单个距离单元的方位向离散化采样点数为其中，φ是扫描范围，θ_b是天线波束宽度，γ是扫描速度，PRI是脉冲重复周期，则离散化回波解析表达式为：

其中，t为方位向时间变量，σ_n为方位向第n个采样点处目标的散射函数，θ_n为第n个目标对应的天线指向角度；ω为慢时间域的窗函数，表示天线方向图函数在方位向的调制。

进一步地，步骤S2具体为：