[发明专利]一种空间高速运动目标干涉式三维成像方法

说明书

技术领域

本发明涉及信号与信息处理技术，具体涉及一种空间高速运动目标干涉式三维成像方法。

背景技术

近年来，随着人类探索太空活动的日益频繁，各类空间目标的数量急剧增长，空间环境日益复杂，因此开展空间目标追踪、测量、分类、识别等对保障我国空间安全、促进国家空间技术发展以及空间和平利用均具有十分重要的意义。

三维成像技术能够提供丰富的目标特征，在获得目标的外形、体积、微动参数等方面具有显著优势。因此，对空间目标的三维成像技术已经成为雷达成像领域的研究热点之一。

空间目标大都具有自旋、进动、翻滚等多种微动形式，由此产生的微多普勒效应使得传统的距离-多普勒(RD)算法难以实现ISAR像聚焦。现有的对空间具有微动的目标三维成像技术主要有基于单基雷达和基于双/多基雷达的成像技术。此外，还有基于L形三天线阵型的干涉式三维成像方法(参见孙玉雪的《空间自旋目标干涉三维成像方法》，发表在《航空学报》，2016，网络优先版http://www.cnki.net/kcms/detail/11.1929.V.20161115.1013.002.html)。在多天线雷达条件下，从每个天线的回波中仅能提取出目标的径向微动特征，且由于各天线对目标的观测视角近似相同，因此从每个天线回波中所获得的目标径向微动特征也近似相同。但是，各天线位置的差异将导致目标上散射点到各天线之间存在细微的距离差异，从而使得各天线回波之间具有特定的相位差(即“干涉相位”)。干涉三维成像方法利用目标散射点径向微动特征的差异，在距离-慢时间平面上实现各个散射点回波的分离，再通过干涉处理提取各散射点的相位差值信息，实现对目标的三维成像。相比于单基雷达三维成像技术，该方法可获得空间目标的真实三维分布，为目标识别提供稳健的特征信息；而相比于双基/多基雷达三维成像技术，该方法有效避免了时空同步、雷达回波联合处理等复杂的系统实现问题，并且可实现对空间散射点目标的时变三维成像，为实现空间微动目标三维成像与三维微动特征提取提供了新的理论依据和技术途径。但空间目标一般都具有很高的运动速度，高速运动会造成目标一维距离像发生展宽和走动，从而对干涉三维成像带来诸多不利影响，主要有：(1) 一维距离像的展宽使得对各个散射点回波在距离-慢时间平面的轨迹提取困难，难以实现各个散射点回波的分离；(2)一维距离像的展宽对距离-慢时间平面的干涉相位提取造成干扰，直接影响干涉处理的进行；(3)高速运动带来的脉内距离走动使得回波相位信息发生改变，通过干涉处理得到的目标散射点位置坐标可能偏离实际值；(4)高速运动引起的一维距离像走动的影响直接体现在对各个散射点距离向坐标的重构中，由于在远场正视条件下，距离向坐标是通过距离-慢时间像直接得到的，距离-慢时间像的走动将使得目标散射点径向坐标重构错误。因此，对高速运动进行补偿是实现空间微动目标干涉式三维成像的关键步骤。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术中的不足之处，提出一种空间高速运动目标干涉式三维成像方法。

本发明是通过如下方式实现的：

步骤一：对三天线回波信号经过平动补偿，进行解线频调处理，构建含有未知速度的联合参数化稀疏表征模型；

步骤二：采用一种改进的OMP算法对联合参数化稀疏表征模型进行求解，获得运动速度、各散射点的距离向位置以及干涉相位信息；

步骤三：利用获得的干涉相位信息进行干涉处理，得到各散射点方位向和俯仰向位置。

所述的步骤二具体包括下述步骤：

Step 1)初始化残差r₀＝s_m，迭代次数n＝1，p＝1，位置向量选中的列集合稀疏度为Sp，初始速度为v_rn；

Step 2)寻找匹配向量和匹配元素位置：搜索max(|Φn^H(v_rn)r₀|)的元素的行序号row，以及列序号col，更新Pos＝[Pos，row]，

Step 3)幅度估计：amp＝|(At^HAt)^-1At^Hs_col|，其中，s_col为s_m的第col列，令Val＝diag(amp)；