[发明专利]基于改进匹配追踪的机载阵列雷达超分辨前视成像方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于改进匹配追踪的机载阵列雷达超分辨前视成像方法及装置，建立机载前视阵列雷达信号模型，采用沿方位向的阵列天线接收系统，对前视区域进行扫描，获取距离‑脉冲‑阵列三维回波数据；对接收到的三维数据进行距离向的脉冲压缩，对脉压后的数据进行逐距离‑脉冲单元稀疏重构处理，采用改进的稀疏度自适应匹配追踪算法获取每个空域快拍重构的目标散射系数矢量；将每个距离‑脉冲单元的重构的目标散射系数矢量沿方位角度进行非相参累积，得到距离方位高分辨成像结果。本发明对单个空域快拍进行处理，可以高效率且高精度的重构其对应的方位目标散射系数矢量，估计结果更精确而稳定，较大的提高了前视成像方位向分辨率。

技术领域

本发明属于雷达成像技术领域，涉及机载雷达前视成像信号处理技术，具体涉及一种基于改进匹配追踪的机载阵列雷达超分辨前视成像方法及装置。

背景技术

机载雷达成像在军事应用中发挥着重要作用，例如敌情探测、飞机制导等。其广泛应用依赖于对于探测区域的高二维分辨率图像。距离向高分辨率可以通过发射大时宽带宽积的信号，应用脉冲压缩技术得以实现。然而当探测区域位于飞行器的前视方向时，多普勒频率梯度极小，使得现有成像技术如合成孔径雷达(SAR)或多普勒波束尖锐化(DBS)无法实现不同方位位置目标的精确定位。

传统的实波束成像技术利用天线波束循环扫描前视区域来完成前视成像。但是，这种成像方法方位分辨率受到天线波束宽度和作用距离的限制，无法实现方位向高分辨率成像。为了提高前视成像方位向分辨率，科学研究者们基于不同的雷达接收系统提出了许多算法，包括以下几种：单脉冲成像技术、解卷积成像技术、双基地SAR前视成像技术、阵列雷达超分辨成像技术、稀疏恢复成像技术等。

单脉冲技术利用两根天线同时接收回波，通过单个脉冲回波进行比幅或者比相就能获取散射点偏离波束中心的角度。其测角精度很高，且获取数据速率很快，且现役雷达已经可以利用单脉冲技术实现较高质量的前视成像。但是该技术不能区分一个波束内的多个目标，当成像区域地形较为复杂时，其成像性能急剧恶化。而且因为载机平台的运动，在距离目标很近时，复杂目标不同部位的散射强度和相对相位的随机变化会引起测角误差，发生角闪烁现象，其大小甚至可使雷达指向目标尺寸以外，必须采取措施对其进行有效抑制。

单天线扫描模式下解卷积成像技术，设定机载雷达工作于扫描模式下，此时方位向回波可以理解为天线方向图和同一距离单元目标在角度上的分布情况进行卷积的结果，故可以将此模式下前视方位向成像看作一个反解卷积的问题。理想情况下，通过方位向解卷积能够重建目标的准确位置。但是实际信号处理时，由于采用的天线方向图与实际有差距，直接解卷积会使噪声被放大等问题，难以得到精确解。并且由于方程是欠定的，得到的解不稳定。

双基地SAR前视成像理论上可以接近于SAR图像分辨率，在这种系统中，发射机和接收机分置在两个不同的平台上，接收机处于前视状态，通过配置使等距离线和等多普勒线近似正交，获得相对于前视区域方位角的大合成孔径，有效地提高前视区域成像的分辨能力。但是，目前此技术系统复杂度很高，存在很多新的理论和技术问题，限制了其应用于实际情况中。

阵列雷达超分辨前视成像技术，其采用阵列接收系统，相较于实波束成像技术单天线扫描系统提供了更大的等效天线长度，在一定程度上提高了方位角度分辨率。同时，合理引入阵列信号处理中的超分辨率技术，可以获得超越实波束宽度的角度分辨率，具有分离一波束内多目标的能力。但是经典的谱估计方法例如Capon谱估计方法和多重信号分类(MUSIC)算法，为较准确估计阵列接收信号的自相关矩阵需要积累大量独立同分布的快拍样本，这对信号采集的要求较高。并且该类算法计算效率低，完成整个成像所需时间较长。

发明内容

发明目的：本本发明提供基于改进匹配追踪的机载阵列雷达超分辨前视成像方法及装置，基于机载前视阵列接收系统，充分利用回波信号的空域稀疏性，改进传统的正交匹配追踪算法以实现稀疏度自适应，对每个时刻多阵元接收的空域快拍进行稀疏重构，再对重构信号进行非相参积累，最终得到二维高分辨成像图。