[发明专利]一种存在阵元幅相误差时的微波关联成像方法

说明书

本发明提供一种存在阵元幅相误差时的微波关联成像方法。技术方案包括以下步骤：第一步：接收雷达回波，设微波关联成像系统包括N个发射阵元和1个接收阵元，发射阵元同时发射一组相互独立的发射信号；第二步：划分网格，对成像区域进行均匀网格划分，网格大小由成像分辨率决定；第三步：推演辐射场，利用迭代方法计算辐射场参考信号；第四步：目标重构，上述迭代结计算目标散射系数矢量；第五步：估计幅相误差；第六步：如果迭代结果满足要求，利用目标散射系数矢量进行成像。本发明在存在幅相误差时可以对目标进行高精度成像。

技术领域

本发明涉及微波成像技术领域，特别是微波关联成像方法，更为具体地涉及提高存在阵元幅相误差时的微波关联成像质量。

背景技术

微波关联成像(Dongze Li,Xiang Li,Yuliang Qin,Yongqiang Cheng,andHongqiang Wang,“Radar Coincidence Imaging:An Instantaneous Imaging TechniqueWith Stochastic Signals,”IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing,vol.52,no.4,Apr.2014)作为一种新的凝视成像方法，不依赖于雷达与目标的相对运动，具有高分辨、抗截获、抗干扰等优势，在静止或准静止平台凝视成像、灾情监测、海洋监视、高分辨对地观测等应用领域具有广泛的应用前景。微波关联成像借鉴经典的光学关联成像的原理，通过对发射信号波前的调制，构造在时间和空间上随机分布的二维随机辐射场来模拟具有随机涨落的光场分布。然后将目标散射回波与二维随机辐射场进行关联处理，完成对波束内目标信息的提取与解耦，实现微波关联成像。相比于现有的微波成像方法，微波关联成像不依赖于目标的多普勒信息进行分辨，大大降低了对目标相对运动的要求，同时微波关联成像能够利用雷达系统的一次发射对目标成像，极短的成像时间大大降低了目标的非合作运动对成像质量的影响。微波关联成像在处理相对静止目标和非合作运动目标方面具有极大的发展潜力。

在微波关联成像中，将雷达作用的区域称为成像区域，成像时，成像区域首先被划分为若干个网格，并假设目标由若干散射中心组成且位于网格中心。当不存在阵元幅相误差等模型误差时，利用参数化的微波关联成像方法能够获得高质量的目标图像。但是在实际微波凝视成像雷达系统中，各阵元之间的幅相误差广泛存在，成像过程被引入误差，降低了目标成像精度。因此，研究存在阵列幅相误差时的微波关联成像方法对于微波关联成像在实际场景中的应用具有重要的意义和价值。

针对幅相误差，人们提出了多种解决方法，例如测角中经常用到的基于特征值分解的校正方法(Aifei Liu,Guisheng Liao,Cao Zeng,Zhiwei Yang,and Qing,“AnEigenstructure Method for Estimating DOAand Sensor Gain-Phase Errors,”IEEETransactions on Signal Processing,vol.59,no.12,Dec.2011)，这类方法对幅相误差不敏感，但是在低信噪比、观测数据有限、目标距离较近时性能较差。

发明内容

本发明针对实际微波关联成像系统中普遍存在的阵列幅相误差导致目标成像精度降低的问题，提出了一种存在阵元幅相误差时的自聚焦微波关联成像方法。本方法原理简单，计算量小，对噪声不敏感，可以有效解决存在阵元幅相误差下的成像问题，直接应用于实际的微波关联成像场景。

本发明的基本思路是，将成像过程分为两个步骤：(1)目标重构，估计目标散射中心的位置和散射强度；(2)失配误差估计，采用牛顿法精确估计阵元幅相误差，并进行补偿，从而提高成像精度和质量。

本发明的技术方案是：一种存在阵元幅相误差时的微波关联成像方法。具体包括以下步骤：

第一步：接收雷达回波