[发明专利]一种基于组网雷达的三维散射分布重构方法

说明书

本发明提供一种基于组网雷达的三维散射分布重构方法，包括：第一步：通过推导空中目标向成像平面投影的投影公式，构建组网雷达三维散射分布重构模型；第二步：依据三维散射分布重构模型，利用提出的三维散射分布重构模型的求解算法，重构出目标散射点的三维分布，实现空中目标三维成像。该方法能够利用三部普通的成像雷达，实现对空中目标三维成像，有效地降低了对雷达硬件复杂度和工艺精度的要求，提高了对空中目标三维成像的灵活度，为解决组网雷达体系下的空中目标三维成像提供了一种有力的方法。

技术领域

本发明涉及信号与信息处理技术，具体涉及一种基于组网雷达的三维成像技术。

背景技术

近年来，逆合成孔径雷达(ISAR)成像技术凭借其自身在提供目标形状、结构信息方面的优势，以成为目标识别、分类领域中最重要的雷达任务之一。其中，ISAR二维成像结果可以看作是空中目标在ISAR成像平面的投影，成像平面由雷达视线方向和目标飞行方向确定。通过采用距离压缩和相干处理的方法处理雷达观测数据，可以得到高分辨目标ISAR像。但是，对于隐身目标和沿雷达视线方向飞行的目标，由于目标的散射点在方位向不能分开，导致无法获得这类目标的ISAR像。组网雷达是分布在不同地理位置的多部雷达构成的雷达网络，能够从不同方向观测目标，获得空中目标不同视角下的观测信息，是一种有效实现隐身目标和沿雷达视线方向飞行目标成像的方法。此外，随着空中目标识别任务需求增加，相比目标二维成像结果，目标三维像能够提供更多、更准确的目标信息，有效地提高了空间目标识别能力。

现有的空中目标三维成像技术主要可以分为三维干涉ISAR成像和MIMO雷达三维成像。其中，赵莉芝在其博士学位论文《空间目标干涉三维ISAR成像技术研究》(2015年)中系统介绍了目标干涉三维ISAR成像方法；朱宇涛等在《一种M～2发N～2收MIMO雷达平面阵列及其三维成像方法》(中国科学：信息科学,2011,41(12)：1495–1506)中着重探讨了MIMO雷达三维成像方法。这些成像方法，通过增加雷达硬件的复杂度，都实现了空中目标三维成像的目的。

整体来说，现有文献集中于采用功能性较强的雷达解决对空中目标三维成像的问题，但是，以下不足也会随之而来。功能性较强的雷达通常需要多根天线排列成固定的几何结构，对雷达硬件复杂度、做工精度要求较高。此外，功能性较强的雷达成本高，部署后很难移动，缺乏网络化工作能力，在完成各项雷达任务时灵活性较差。

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，提出一种基于组网雷达的三维散射分布重构方法。

本发明是通过如下方式实现的：

步骤一：构建组网雷达三维散射分布重构模型；

步骤二：依据三维散射分布重构模型，利用提出的三维散射分布重构模型的求解算法，重构出目标散射点的三维分布，实现空中目标三维成像。

具体的，所述的步骤一具体包括：

为建立目标三维散射分布重构模型，降低模型求解的复杂度和计算量，用小立方体(空间网格单元)将目标所在的立方体空间网格化，空间网格单元的边长用L_c表示，通过跟踪和目标识别方法确定的目标长度为L_t，定义的立方体空间网格是一个能完全包含空中目标的一个空间区域，因此，空间网格边长的取值为L_g＝2L_t，空间网格每条边上含有的网格单元个数为(R₁,X,Y,Z)表示空间坐标系，空间网格用0-1矩阵X表示，F_m(·)表示空中目标在投影面上的投影像，I_m表示第m部雷达获得的目标ISAR像，M表示场景中雷达的总个数，ω表示重构的三维散射分布中，散射点个数在目标函数中的权重，G表示空间网格矩阵X所有的取值集合；

以ISAR像与投影像的误差最小，且重构的三维散射分布中散射点个数最少为目标函数，构建的组网雷达三维散射分布重构模型可以表示为：