[发明专利]一种基于单快拍MUSIC算法的距离向处理方法

说明书

本发明公开了一种基于单快拍MUSIC算法的距离向处理方法，它是基于运用单快拍MUSIC算法估计目标的位置，首先对原始回波信号进行去斜处理，然后根据单快拍MUSIC算法进行构造自相关矩阵、特征分解等过程；计算MUSIC谱并进行谱峰搜索，这样就能确定目标所在的距离单元格；最后使用最小二乘法计算目标所在距离单元格的值。本发明与传统的通过脉冲压缩方法进行距离向处理相比，本发明仅需要单个回波信号即可使用MUSIC算法进行距离向的处理，分辨率有较大的提高，能够实现距离向超分辨能力，本发明特别适用于目标较少，精度要求高的情况。

技术领域

本技术发明属于雷达技术领域，它特别涉及了合成孔径雷达(SAR)成像技术领域。

背景技术

合成孔径雷达(SAR)是一种高分辨率微波成像雷达，具有全天时和全天候工作的优点，已被广泛应用各个领域，如地形测绘、制导、环境遥感和资源勘探等。SAR应用的重要前提和信号处理的主要目标是通过成像算法获取高分辨、高精度的微波图像。其获得的高分辨微波图像已经被广泛应用于诸多领域，如生成数字高程图、观测火山活动和洪灾情况、监测陆地和海洋交通等。

距离向处理是SAR成像过程中对信号进行的第一步处理方式。通过方位向处理，获得目标的一维图像。距离向处理传统方法有匹配滤波、去斜处理等方法，详见“皮亦鸣.杨建宇等.合成孔径雷达成像原理[M].电子科技大学出版社,2007”。

阵列信号处理(ASP)作为信号处理的一个重要分支是在空间不同位置上以一定的规律布觉传感器，形成传感器阵列。阵列的配置由两部分内容组成：一是每个阵元的天线方向图；二是阵列的几何结构(即阵元的物理位置)，通常我们将其分成线性阵列、平面阵列和立体阵列三类。阵列信号处理被广泛应用于雷达、通信、声纳、测向、地震探测、射电天文和电子医疗工程等领域。

MUSIC算法是一种基于矩阵特征空间分解的方法。信号处理的观测空间分解为信号子空间和噪声子空间，显然这两个空间是正交的。信号子空间由阵列接收到的数据协方差矩阵中与信号对应的特征向量组成，噪声子空间则由协方差矩阵中所有最小特征值(噪声方差)对应的特征向量组成。通常使用MUSIC算法进行波达方向(DOA)估计。

目前，用于SAR成像的MUSIC算法有部分研究，有的是需要先聚焦成像，再使用MUSIC算法提高分辨率，详见“张平,商建,杨汝良.一种有效的二维MUSIC超分辨SAR成像算法[J].系统仿真学报,2010,22(1):184-187”。有的是需要多个快拍，即多个距离向回波信号进行联合处理，且只计算出目标的位置，没有计算出信号的回波幅度，详见“张东浩.线阵三维SAR成像算法研究及仿真[D].电子科技大学,2010”。有的是计算出目标的位置及幅度，但是需要多个快拍才能完成计算，详见“成晨.三维合成孔径雷达超分辨成像方法研究[D].电子科技大学,2012”。

发明内容

本发明提出了一种基于单快拍MUSIC算法的距离向处理方法，它主要运用单快拍MUSIC算法估计目标的位置，找到目标位置以后，再通过最小二乘法估计目标的幅度。通过这两步处理，就完成了SAR成像过程中的距离向处理。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、合成孔径雷达(SAR)

合成孔径雷达是将雷达是将雷达固定于载荷运动平台上，结合运动平台的运动以合成线性阵列以达到运动向的分辨率，再利用雷达波束向回波延时实现距离一维成像，从而实现观测目标二维成像的一种合成孔径雷达技术。

定义2、标准的MUSIC算法