[发明专利]基于目标先验信息的雷达凝视关联成像方法

权利要求书

1.一种基于目标先验信息的雷达凝视关联成像方法，其特征在于，构建雷达发射阵面，生成雷达跳频信号，计算每个脉冲的旋转成像平面对应的发射信号的延时时间，生成空时辐射场矩阵，该方法的步骤包括如下：

(1)构建雷达发射阵面：

建立一个三维坐标系，该坐标系以仅含有1个雷达接收阵元为原点，雷达中的所有发射阵元均匀分布在该坐标系以原点为中心的圆形上，组成雷达发射阵面；

(2)生成雷达跳频信号：

(2a)生成一个长度雷达发射阵元总数相等的Costas序列，作为雷达发射信号中第一个脉冲的跳频编码；

(2b)将Costas序列依次循环左移一位，得到移位后的Costas序列，作为雷达发射信号中第二个脉冲的跳频编码，依此类推，生成雷达发射信号中每个脉冲的跳频编码；

(3)生成发射信号中每个脉冲的旋转成像平面：

将雷达发射信号的第一个脉冲中所有待成像目标，组成第一个脉冲的旋转成像平面，将雷达发射信号的第二个脉冲中所有待成像目标组成第二个脉冲的旋转成像平面，依此类推，得到发射信号中每个脉冲的旋转成像平面；

(4)计算每个脉冲的旋转成像平面对应的发射信号的延时时间：

(4a)将雷达g倍的瑞利限设置为待成像分辨率，其中，g在[1,8]范围内任意选取的一个值；

(4b)用待成像分辨率将每个脉冲的旋转成像平面均分成多个网格；

(4c)利用下式，计算每个脉冲的旋转成像平面中每个网格中心坐标值：

其中，x_m,p，y_m,p，z_m,p分别表示第m个脉冲的旋转成像平面中第p个网格中心的x轴、y轴、z轴的坐标值，表示开平方根操作，x_1,p，y_1,p分别表示第一个脉冲的旋转成像平面中第p个网格中心的x轴、y轴的坐标值，*表示相乘操作，cos(·)表示余弦操作，ω表示第m个脉冲的旋转成像平面的角速度，该角速度是在单位为弧度每秒的[0,π/2]范围内任意选取的一个值；T_p表示雷达发射信号中脉冲之间的时间间隔，arctan(·)表示反正切操作，sin(·)表示正弦操作，R₀表示每个脉冲的旋转成像平面与其对应雷达发射阵面之间的距离，该距离是在单位为米的[600,10000]范围内任意选取的一个值；

(4d)按照下式，计算雷达每个发射阵元的发射信号到达每个网格中心后反射到接收阵元的延时时间：

其中，τ_n,m,p表示第n个雷达发射阵元发射第m个脉冲信号到达其旋转成像平面中第p个网格中心后反射到接收阵元的延时时间，x_n，y_n，z_n分别表示第n个发射阵元的x轴、y轴、z轴的坐标值，c表示光速；

(5)生成空时辐射场矩阵：

(5a)按照空时辐射场公式，计算每个脉冲的旋转成像平面中每个网格中心的空时辐射场的值；

(5b)将第一个脉冲的旋转成像平面中每个网格中心的空时辐射场的值，按照该网格的次序排列成空时辐射场矩阵的第一行，将第二个脉冲的旋转成像平面中每个网格中心的空时辐射场的值，按照该网格的次序排列成空时辐射场矩阵的第二行，依此类推，生成空时辐射场矩阵；

(6)获取目标的图像：

利用Focuss算法，将接收的所有发射阵元发射的脉冲信号的回波信号与空时辐射场矩阵作关联处理，得到目标的散射系数，将散射系数按照其对应的旋转成像平面中网格的次序排列，得到旋转成像平面中目标的图像。

2.根据权利要求1所述的基于目标先验信息的雷达凝视关联成像方法，其特征在于：步骤(5a)中所述空时辐射场公式如下：

其中，φ_m,p表示第m个脉冲的旋转成像平面中第p个网格中心的空时辐射场的值，∑表示累加求和操作，E_n,m表示第n个发射阵元发射信号中的第m个脉冲，t表示第n个发射阵元发射第m个脉冲信号的时刻，τ_n,m,p表示第n个雷达发射阵元发射第m个脉冲信号到达其旋转成像平面中第p个网格中心后反射到接收阵元的延时时间。

3.根据权利要求1所述的基于目标先验信息的雷达凝视关联成像方法，其特征在于：步骤(6)中所述Focuss算法的步骤如下：

第一步，利用下式，计算初始目标散射系数：

σ₀＝(Φ)⁺*R

其中，σ₀表示初始目标散射系数，(·)⁺表示伪逆操作，Φ表示空时辐射场矩阵，R表示接收的所有发射阵元发射的脉冲信号的回波信号；

第二步，利用下式，计算当前迭代时的目标散射系数：

其中，σ_l表示当前迭代时的目标散射系数，σ_l-1表示前一次迭代时的目标散射系数，若当前迭代次数为第一次时，则该值为初始目标散射系数，diag(·)表示创建对角矩阵操作，表示前一次迭代时的目标散射系数的加权值，p₀表示取值为0.1的范数，H表示共轭转置操作，γ表示取值为20的正则化因子，Y表示单位矩阵，(·)^-1表示求逆操作；

第三步，利用下式，计算当前迭代时的目标散射系数误差：

error_l＝||σ_l-σ_l-1||₂/||σ_l-1||₂

其中，error_l表示当前迭代的目标散射系数误差，||·||₂表示2-范数操作；

第四步，判断当前迭代时的目标散射系数误差小于误差阈值ε，若是，则得到当前迭代时的目标散射系数，否则，执行第二步，其中，ε表示取值为0.0001的误差阈值。