[发明专利]一种可抑制宽带相位噪声的一维距离像高分辨成像方法

说明书

本发明属于雷达技术领域，涉及一种可抑制宽带相位噪声的一维距离像高分辨成像方法。本发明的方法主要为：首先，在宽带雷达发射信号的带宽内，对雷达回波信号进行过采样离散化处理，构建基于相位恢复的一维距离像成像模型；其次，利用观测矩阵的傅里叶基特性，将基于相位恢复的一维距离像成像非凸问题转换为基于自相关恢复的凸问题；构造增广拉格朗日函数，计算该函数相对于自相关向量的导数并令其为零，得到关于自相关向量的迭代方程；执行迭代处理，直到残差小于预定阀值或迭代次数大于最大迭代次数时停止，得到最优的自相关向量；最后，在最小相位准则下，对求出的自相关向量用柯尔莫戈洛夫谱分解的方法求解相应的散射系数向量。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及一种可抑制宽带相位噪声的一维距离像高分辨成像方法。

背景技术

雷达高分辨距离像(High Resolution Range Profiles,HRRP)是目标反射特性在雷达视线上的一维投影，包含了目标散射点的个数、分布和径向长度等特征，反映了目标纵向的精细结构，对目标检测、跟踪和识别具有重要的意义，在工程实际中具有重要的应用价值。

根据电磁理论，当目标散射体的电尺寸远大于波长时，目标的高频电磁散射特性可以由局部散射特性的合成来表示，这些局部散射通常被称为等效散射中心。在此理论的基础上，随着雷达技术的不断发展，大量文献提出通过脉冲压缩技术，采用大带宽信号来获得目标散射中心在雷达距离向上的高分辨率，从而实现目标散射中心的一维距离像高分辨成像。本发明采用宽带雷达发射宽带信号，发射信号经过观测目标的延迟和幅度调制作用后，得到目标的反射回波，进而进行一维距离像高分辨成像。然而，由于电波传播、系统误差和大气干扰等因素，宽带雷达接收到的目标回波会受宽带信号中随机相位噪声的严重影响，进而导致一维距离像发生严重散焦，难以获得高分辨性能。

发明内容

本发明所要解决的，就是针对上述问题，提出一种可抑制宽带相位噪声的一维距离像高分辨成像方法，采用宽带雷达发射的宽带信号对目标场景进行观测，利用观测矩阵的傅里叶基特性和相位恢复问题的结构特性，建立一维距离像成像问题隐凸性的同时对回波数据中的相位噪声进行有效抑制，进而实现一维距离像高分辨成像。

本发明的技术方案是：

一种可抑制宽带相位噪声的一维距离像高分辨成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、构建含相位噪声干扰的一维距离像成像模型：

在宽带雷达发射信号的带宽内，对雷达回波信号进行过采样离散化处理，构建含相位噪声干扰的一维距离像成像模型，如下公式1所示：

l_r＝ΨDs+n (公式1)

公式1中，l_r表示回波向量，Ψ表示相位噪声矩阵，D表示观测矩阵，s是散射系数向量，n是噪声向量；

S2、将基于相位恢复的一维距离像成像非凸问题转换为基于自相关恢复的凸问题：

相位恢复主要是利用信号线性测量的幅度信息恢复目标信号，本发明利用观测矩阵D的傅里叶基特性，构造基于相位恢复的一维距离像成像非凸问题如下公式2所示：

h＝|ΨDs|²+e (公式2)

公式2中，h表示测量向量，e表示噪声向量；

为了从向量h中恢复向量s，本发明考虑最小二乘代价构造相位恢复问题，因为这个问题是非凸的，因此没有算法能够得到唯一解，为了解决这个问题，采用最小相位准则最小化最小二乘误差，在最小相位准则下，用自相关公式将基于相位恢复的一维距离像成像非凸问题表述为如下公式3所示：

公式3中，r是散射系数向量的自相关向量，E＝diag{[1,2,…,2]}是对角矩阵；