[发明专利]一种扫描雷达快速超分辨成像方法

说明书

本发明提供了一种扫描雷达快速超分辨成像方法，属于雷达成像领域。本发明用于提升现有扫描雷达超分辨成像方法的成像处理效率，首先基于扫描雷达方位向回波卷积模型，采用低秩随机矩阵对天线方向图测量矩阵维数进行压缩；其次，对压缩测量矩阵进行正交化获得正交基向量，获得天线测量矩阵的广义逆；最后利用该广义逆对卷积反演问题进行快速求解，实现扫描雷达前视目标的超分辨成像。与传统超分辨成像方法相比，本发明方法能够在保持超分辨成像性能的同时，提高成像处理的运算效率。

技术领域

本发明属于雷达成像领域，特别涉及一种扫描雷达快速超分辨成像方法。

背景技术

机载扫描雷达前视区域的成像被广泛运用于战场侦察、对海成像、飞行器自主着陆、物资空投等领域。由于常规的单站SAR和DBS技术无法实现前视成像，实波束扫描雷达波束锐化技术成为实现前视成像的一种重要技术手段。

现有技术中中，通过正则化的方法，添加正则项来改善矩阵的病态性，当添加的正则项为L₂范数时，则为经典的Tikhonov正则化方法。但Tikhonov正则化方法在应用时会面临矩阵求逆运算，其运算复杂度为O(n³)，运算复杂度较高。另外，还可以利用目标及噪声的统计分布，将目标反演问题转化为最大后验估计问题，但该方法存在迭代运算和矩阵求逆运算，运算效率低。还有通过对小的奇异值进行截断改善方位分辨率的方法，但该方法奇异值分解(SVD)过程的运算复杂度为O(n³)，不适用于工程实现。

虽然上述提到的现有技术都能在一定程度上改善天线测量矩阵的病态性，实现扫描雷达前视区域的超分辨成像，但是都忽视了天线测量矩阵的冗余性，导致运算复杂度高，计算时间长，内存和硬件消耗资源大。尤其在远距离、大场景成像时，为了获取更多的成像区域信息，会增大方位向点数，使得天线测量矩阵变大，导致其计算量呈指数增长，不利于机载扫描雷达前视区域的快速成像。

发明内容

本发明的目的在于解决现有超分辨技术中运算维数高的问题，提出了一种扫描雷达快速超分辨成像方法，采用低秩随机矩阵，实现天线方向图测量矩阵维数的压缩；通过QR分解，获得压缩测量矩阵的正交基向量，实现对天线测量矩阵的信息提取，在保持性能的同时降低了数据处理维数。

一种扫描雷达快速超分辨成像方法，包括以下步骤：

S1、发射线性调频信号，接收回波信号，并对所述回波信号进行脉冲压缩和距离走动校正，得到脉冲压缩和距离走动校正后的回波信号；

S2、将回波信号转化为由目标散射系数和天线测量矩阵构成的卷积形式；

S3、通过压缩测量矩阵对所述天线测量矩阵进行维数压缩，对所述压缩测量矩阵进行分解得到所述压缩测量矩阵的正交基向量矩阵；

S4、基于所述正交基向量矩阵对所述天线测量矩阵进行信息提取，得到所述天线测量矩阵的广义逆矩阵；

S5、基于代数求逆进行反演成像，得到超分辨成像结果。

进一步地，所述步骤S1包括：

发射线性调频信号

其中，rect(·)表示矩形窗函数，τ表示距离向时间采样向量，T_p表示发射信号的脉冲时宽，k表示线性调频率；经过下变频处理，接收到的回波信号为

其中，x₀表示场景中点目标的散射系数，w(t)表示天线方向图函数调制，t表示方位向时间采样向量，λ表示载频波长，R(t)表示目标的距离历史，c表示电磁波传播速度，n(τ,t)表示加性高斯白噪声；