[发明专利]基于压缩感知的频率分集阵列雷达地下目标三维成像方法

说明书

本发明公开了一种基于压缩感知的频率分集阵列雷达下目标三维成像方法，使用两个FDA雷达对待测区域发射信号并接收回波数据，然后使用不同中心频率的带通滤波器进行滤波处理，固定时间进行采样取值，并记录为向量，随后，对待探测区域建立直角坐标系，并对探测区域进行网格划分，计算两个阵列中每对阵元相对于该网格的传播时延，并用各个网格的时延建立字典和相应的场景反射系数，将所有划分的字典和场景反射系数重新堆叠，使用正交匹配追踪算法对场景反射系数进行重构，最后，对场景反射系数进行拆分和重新拼接，即可得到三维成像结果，从而减少了所需回波采样点数，减轻了数据采集的压力，成像结果更为稳定，并可以更直观的分辨地下目标方位。

技术领域

本发明涉及探地雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种基于压缩感知的频率分集阵列雷达地下目标三维成像方法。

背景技术

由于频率分集阵列由于其频率单一和同时收发的优点，所以频率分集阵列雷达地下目标成像技术在军事和民用领域有广泛的应用前景。目前大多数人研究的频率分集阵列都是针对于自由空间中的目标，通过信号源定位或者后向投影进行目标成像。这些雷达目标成像技术大都是利用数学模型进行大量运算得到的结果，不仅算法不易实现实时性和准确性要求，而且不能直接适用于地下环境。

发明内容

本发明的目的在于提供一种于压缩感知的频率分集阵列雷达地下目标三维成像方法，旨在解决现有技术中的传统方法采用的算法不易实现实时性和准确性要求，而且不能直接适用于地下环境的技术问题。

为实现上述目的，本发明采用的一种基于压缩感知的频率分集阵列雷达地下目标三维成像方法，包括如下步骤：

使用两个相互独并共有N个阵元立的FDA雷达对待测区域发射信号并接收回波数据；

在每个阵元接收回波信号后，使用不同中心频率的带通滤波器进行滤波处理；

将滤波处理后的回波信号以固定时间t₀进行采样取值，并记录为向量；

两个FDA雷达平行设置，以第一个FDA雷达到第二个FDA雷达为z轴正方向，第一个FDA雷达第一个阵元到第N/2个阵元为x轴正方向，地面到地心为y轴正方向建立三维坐标系，并使用等步长对待探测区域进行网格划分；

计算两个阵列中每对阵元相对于各个网格的传播时延，并用各个网格的时延建立字典和相应的场景反射系数；

将所有z轴划分的字典和场景反射系数矩阵重新堆叠；

使用正交匹配追踪算法对场景反射系数进行重构，按照划分网格时的形式对场景反射系数进行拆分和重新拼接，即可得到三维成像结果。

使用两个相互独立的FDA雷达对待测区域发射信号并接收回波数据的步骤中：

两个相互独立的FDA雷达共有N个阵元，间距为Z，间距取值应保证可以获得有效回波信号，可用1/R来估计回波信号幅值，其中R为信号传播为阵元到待探测区域的最远传播路径。

将滤波处理后的回波信号以固定时间t₀进行采样取值，并记录为向量的步骤中：

所选取的固定时间必须满足t₀＞＞max(τ_i)，其中τ_i是第i个目标反射后信号的双程时延；

向量为由第n个阵元发射第m个阵元接收的，回波信号经中心频率为f_n的，带通滤波器滤波后的采样值。

在使用等步长对待探测区域进行网格划分的步骤中：

在每个坐标轴上以等距离Δd为步长对待探测区域进行网格划分。

计算两个阵列中每对阵元相对于各个网格的传播时延的步骤中：