[发明专利]一种基于最大后验的扫描雷达角超分辨成像方法

说明书

本发明公开了一种基于最大后验的扫描雷达角超分辨成像方法，应用于雷达成像技术和信号处理领域，通过实波束扫描雷达发射线性调频信号，获取被照射区域的二维回波信号，通过脉冲压缩技术和距离走动校正技术实现距离向的高分辨；再根据扫描雷达的方位向回波模型，将扫描雷达方位向回波建模成雷达天线方向图与目标散射系数的卷积形式；在此基础上，使用基于最大后验概率(MAP)的卷积反演方法实现雷达角超分辨成像。

技术领域

本发明属于雷达成像技术和信号处理领域，具体涉及实波束扫描雷达方位向角超分辨成像。

背景技术

雷达成像技术，作为一种主动的航空、航天遥感手段，具有全天时、全天候工作的特点，目前已广泛应用于军用与民用领域。而雷达的高分辨成像技术一直以来都是技术研究的关键点和难点。对于雷达平台正前视区域的高分辨成像，在对海探测与成像、环境监控、灾难援救等方面彰显出巨大的应用价值。但受其成像机理限制，合成孔径雷达与多普勒波束锐化技术无法实现雷达正前视区域的高分辨成像。目前，实波束雷达成像多采用机载扫描雷达，在方位向上进行波束扫描，通过发射大带宽线性调频信号(linear frequencymodulation，LFM)并通过脉冲压缩技术获得距离向的高分辨。然而，方位向上的分辨率为其中，λ是雷达波长，D表示天线孔径尺寸。可见雷达的方位向分辨率受到波长和天线孔径参数的制约。在实际应用中，必须通过信号处理的方式，实现实波束雷达角超分辨成像。

根据文献“Y.Zha,Y.Huang,J.Yang,J.Wu,Y.Zhang and H.Yang,An improvedRichardson-Lucy algorithm for radar angular super-resolution,2014IEEE RadarConference,Cincinnati,OH,2014,pp.0406-0410.”和“Zhang Y,Huang Y,Zha Y,etal.Superresolution imaging for forward-looking scanning radar withgeneralized Gaussian constraint[J].2016,46:1-10.”可知，扫描雷达前视方位向回波可以建立为天线方向图与目标散射系数的卷积模型，因此，理论上可以通过解卷积的方法重建目标信息，从而突破雷达系统参数对实波束扫描雷达角分辨率的限制。基于方位回波的卷积模型，文献“Huang Y,Zha Y,Wang Y,et al.Forward Looking Radar Imaging byTruncated Singular Value Decompositionand Its Application for Adverse WeatherAircraft Landing[J].2015,15(6):14397-14414.”提出了一种基于截断奇异值(Truncated Singular Value Decomposition，TSVD)的机载前视雷达成像方法，该方法能够有效地抑制噪声并适当提高方位向分辨率，但由于奇异值的截断选取会导致目标信息的丢失，将降低面目标成像质量。文献“Zhang Y,Zhang Y,Li W,et al.Angularsuperresolution for real beam radar with iterative adaptive approach[C]//Geoscience and Remote Sensing Symposium.IEEE,2014:3100-3103.”提出了一种自适应迭代方法(IAA)，这种方法 可以很好地提高方位向分辨率，但是该方法的计算复杂度很大。文献“Zhou D,Huang Y,Yang J.Radar angular superresolution algorithm based onBayesian approach[C]//IEEE,International Conference on SignalProcessing.IEEE,2010:1894-1897.”提出了一种基于最大似然框架下的迭代算法来恢复目标位置信息，从而获得角超分辨。这种方法迭代收敛速度快且计算量小，但分辨率提高有限。文献“Y.Zha,Y.Huang,J.Yang,J.Wu,Y.Zhang and H.Yang,An improved Richardson-Lucy algorithm for radar angular super-resolution,2014IEEE Radar Conference,Cincinnati,OH,2014,pp.0406-0410.”在基于传统的Richardson-Lucy(R-L)方法的基础上增加拉普拉斯先验，从而提高方位向分辨率，但对于噪声较为敏感，易出现虚假目标。