[发明专利]基于SPICE的机载雷达高分辨DBS成像方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，特别涉及一种基于稀疏迭代协方差矩阵估计(Sparse iterative covariance-based estimation，SPICE)的机载雷达高分辨DBS成像方法，可用于在机载雷达发射脉冲数较少的情况下，获得较高的图像分辨率。

背景技术

多普勒波束锐化(Doppler beam sharpening，DBS)成像是将雷达波束进行大范围扫描的一种非聚焦成像技术，一般在正侧视的情况下对观测区域进行成像。DBS成像技术虽然不像合成孔径雷达成像技术那样具有很高的横向分辨率，但是DBS成像的运算复杂度较低，并且其相对于实波束的横向分辨能力有了实质性的提高，可以在较短的时间内完成对大范围场景的成像。

在雷达发射脉冲数充足的情况下，传统的基于傅里叶变换的DBS成像技术可以获得较高的图像分辨率。然而在实际情况中，雷达的发射脉冲数往往会受到各种因素的限制，例如，雷达波束扫描的范围、雷达扫描的重访时间等。当雷达发射脉冲数较多时，会导致观测场景范围的缩小，并延长雷达扫描的重访时间，在一定程度上影响了雷达对观测场景的实时监控；当减少雷达发射脉冲数时，虽然可以提高雷达对观测场景的重访率，但是，由于相干积累时间不足，导致DBS图像的分辨率严重下降。因此，通常满足图像分辨率要求的前提下，尽量提高雷达对观测场景的重访时间。而且传统的基于傅里叶变换的DBS成像技术，往往会导致信号能量的泄露，使得DBS图像的清晰度下降，并会对信号能量功率的估值过高。

发明内容

针对上述现有技术的不足，本发明的目的在于提出一种基于SPICE的机载雷达高分辨DBS成像方法，该方法根据脉压处理后的回波信号建立地杂波回波信号的信号模型，并给出求解地杂波回波信号的功率值的优化模型，获得所有距离门的功率矩阵，即为最终的机载雷达回波数据矩阵，将其由载机坐标系转换至大地坐标系，得到最终的DBS图像。

为了实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。

一种基于SPICE的机载雷达高分辨DBS成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，设定机载雷达接收的回波信号为为第i个距离门的回波信号；在载机为参考原点的载机坐标系中，对机载雷达接收的回波信号在距离维进行脉冲压缩处理，得到脉压处理后的回波信号y，y＝[y₁，...，y_i，...，y_M]，y_i为脉压后的第i个距离门的回波信号；根据脉压后的第i个距离门的回波信号y_i建立第i个距离门的地杂波回波信号x_i的信号模型；其中，脉压后的第i个距离门的回波信号y_i的维数为N×1，N为机载雷达发射的脉冲数，i＝1，2，...，M，M为距离门个数；

步骤2，求取脉压后的第i个距离门的回波信号y_i的协方差矩阵R_i；

步骤3，根据脉压后的第i个距离门的回波信号y_i的协方差矩阵R_i，给出求解第i个距离门的地杂波回波信号x_i的功率值的优化模型：求解第i个距离门的地杂波回波信号x_i的功率值的优化模型：得到第i个距离门的地杂波回波信号x_i的第k个功率值p_i，k；其中，k＝1，2，...，2N，N为多普勒通道数，表示求F范数的平方，上标H表示共轭转置；

步骤4，将第i个距离门的地杂波回波信号x_i的前N个功率值依次排列，构成第i个距离门的地杂波回波信号x_i的功率矢量p_i，p_i＝[p_i，1，p_i，2，...，p_i，N]^T；进而得到所有M个距离门的功率矩阵P，P＝[p₁，p₂，...，p_M]，所有M个距离门的功率矩阵P即为最终的机载雷达回波数据矩阵；

步骤5，将最终的机载雷达回波数据矩阵中每个元素对应的距离门转换为相应的斜距，将最终的机载雷达回波数据矩阵中每个元素对应的多普勒频率转换为相应的方位角，并将该斜距和方位角由载机坐标系转换至大地坐标系，再将最终的机载雷达回波数据矩阵中每个元素作为大地坐标系中对应位置的像素值，得到最终的DBS图像。