[发明专利]一种实现目标轮廓重构的雷达前视成像方法

权利要求书

1.一种实现目标轮廓重构的雷达前视成像方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，基于扫描雷达的运动几何关系，建立方向位回波信号卷积模型，获取回波信号；包括以下流程：

设定载机平台的运动速度为v，波束俯仰角为θ，目标方位角为空间方位角度为场景中目标到载机平台的初始斜距为R₀，经过方位时间t，目标与载机平台的斜距为R(t)，根据余弦定理，得到

将观察场景离散化为由场景中的目标散射系数构成的二维矩阵形式，有

其中，为二维场景中位于(x_i,y_j)处的目标的散射系数，n为距离向的离散化单元数，m为方位向的离散化单元数；

向目标发射线性调频信号接收到的目标的回波离散表达式为

其中，rect(·)为矩形信号，其定义为T为发射脉冲持续时间，k_r为调频斜率，τ为快时间，表示场景距离向信息，为目标延迟时间，t为慢时间，表示场景方位向信息，与位于(x_i,y_j)处的目标在场景角度位置相关，w(·)为天线方位图调制，f_c为载频，N为噪声干扰；

步骤2，对回波信号进行距离向处理，得到脉冲压缩和消除距离走动的回波信号；包括以下流程：

根据距离向参考时间τ_ref和调频斜率k_r构造距离向脉冲压缩函数将S_ref与回波数据g₁(τ,t)进行最大自相关运算，使回波信号g₁(τ,t)在距离向进行脉冲压缩，脉冲压缩后的信号为

其中，B为发射信号的带宽；

对g₂(τ,t)进行尺度变换，以消除时间变量对载机平台和目标的瞬时斜距之间的影响，得到数据平面内消除距离走动后的回波信号

步骤3，将所述距离向处理后的回波信号构建为天线方向图和目标散射系数的卷积形式；包括以下流程：

将g₃(τ,t)构建为天线方向图和目标散射系数的卷积形式

g＝Hf+M

其中，g₃(τ,t)与目标散射系数矩阵被列向量化处理，

g＝[g₃(τ₁,t₁)…g₃(τ₁,t_m)…g₃(τ_n,t₁)…g₃(τ_n,t_m)]^H，

H为天线方向图矩阵，其构造方式与列向量化后的g₃(τ,t)与目标散射系数相对应，为

步骤4，利用全变差函数，建立梯度约束的目标函数；包括以下流程：

标准的正则化目标函数为

其中，为保真度项，为正则化项，Γ(·)为正则化算子，λ为正则化参数，将全变差函数作为正则项，选取p＝2,q＝1，建立以梯度为约束的目标函数

其中，D_x为水平离散导数算子，D_y为垂直离散导数算子；根据向量化的回波和目标散射系数，将D_x和D_y构造为

求解等式的最小值，得到带有清晰轮廓的雷达前视成像结果，构造矩阵

其中，Ω＝diag(((D_xf)²+(D_yf)²)^-1/2)，基于构造的矩阵，将等式转化为

步骤5，利用迭代加权最小二乘法求解以梯度为约束的目标函数，得到雷达前视超分辨成像中的目标轮廓重构结果；包括以下流程：

采用迭代过程，求解目标函数的最小值

初始值：f₀＝(H^TH+λD^TD)^-1H^Tg

for k＝0,1,2…

Ω_k＝diag(((D_xf_k)²+(D_yf_k)²)^-1/2)

f_k+1＝(H^TH+λD^TW_kD)^-1H^Tg

end

通过迭代，得到目标散射系数的估计值，获得雷达前视超分辨成像中的目标轮廓重构结果。