申请/专利权人：西安电子科技大学

申请日：2012-12-14

公开（公告）日：2023-01-31

公开（公告）号：CN103091674B9

主分类号：G01S13/90

分类号：G01S13/90

优先权：

专利状态码：有效-发明专利更正

法律状态：2023.01.31#发明专利更正;2014.09.17#授权;2013.06.12#实质审查的生效;2013.05.08#公开

摘要：本发明公开了一种基于HRRP序列的空间目标高分辨成像方法，其步骤包括：1雷达录取ISAR回波；2高速运动补偿；3获取高质量HRRP；4散射点航迹关联；5高分辨成像。本发明首先通过稀疏信号重构获得高质量HRRP序列，之后采用有效的航迹关联方法从HRRP序列中生成散射点航迹矩阵，进而通过带约束条件的矩阵分解实现高分辨成像。该方法克服了基于分段伪Keystone变换方法对PRF要求高、对目标运动模型要求严格、对高速旋转目标成像时精确平动补偿和初相校正难度大、运算量高等缺点，具有在低PRF甚至方位多普勒模糊条件下能够进行高分辨成像、对目标运动模型具有普适性、不需平动补偿、效率高、图像聚焦良好等优点。

主权项：1.基于HRRP序列的空间目标高分辨成像方法，包括如下步骤： 1雷达录取ISAR回波； 2高速运动补偿 2a将参考距离为雷达到场景中心距离，频率、调频率与雷达发射信号相同的线 性调频信号作为参考信号； 2b将参考信号取共轭后与雷达录取的ISAR回波相乘得到解线调频处理结果； 2c按照下式构造相位补偿函数： 其中，为相位补偿函数，exp·为指数函数运算符，j为虚数单位，c为光速， v为测定的目标速度，t为方位维的采样时间，Rt为t时刻场景中心到雷达的参考 距离，f1为信号载频，γ为调频率，f2为距离频率； 2d将相位补偿函数与步骤2b得到的解线调频处理结果相乘得到高速运动补偿 后回波； 3获取高质量HRRP 3a按照下式构造过冗余字典： 其中，Ψ为包含N个基向量的过冗余字典，N取为距离频率点数的整数倍，exp· 为指数函数运算符，j为虚数单位，c为光速，f2为距离频率，f1 为载频，γ为调频率，为距离维采样时间，R为参考距离，RΔ1,RΔ2,…RΔN 为构造的N个散射点斜距，L为雷达观测场景长度，相邻 两个距离采样点的距离步进量满足关系M为距离频率点数， B为信号带宽； 3b令m＝1，其中，m表示方位单元序号； 3c将步骤2d得到的高速运动补偿后回波的第m个方位单元的复回波作为残余 信号，并生成一个空矩阵Φ1； 3d用残余信号向步骤3a得到的过冗余字典中的基向量作投影，并且计算内积； 3e将内积最大的基向量记录在步骤3c生成的矩阵Φ1的第m列中，按照投影 方法计算内积最大的基向量对应的投影系数，记录得到的投影系数，同时将内积最大的 基向量从过冗余字典中剔除； 3f从残余信号中减去矩阵Φ1与记录的投影系数的乘积，得到更新的残余信号； 3g重复步骤3d至步骤3f的操作，直至更新的残余信号能量低于噪声门限，将 步骤3e中记录的投影系数取模值作为对应基向量所代表斜距处散射点的幅度，以基向 量对应的散射点斜距为横坐标，幅度为纵坐标绘制HRRP； 3h将m递增1个序号，重复步骤3c至步骤3g的操作，直至绘制完所有方位 单元对应的HRRP； 4散射点航迹关联 4a令k＝1，其中，k表示方位单元序号，生成一个大小为N1×M1的空的航迹矩 阵，其中，N1为第k个方位单元对应的HRRP中峰值点的个数，M1表示散射点回波 次数，将第k个方位单元对应的HRRP中所有峰值点对应的位置坐标和幅度记录在航 迹矩阵第k列中，将k递增一个序号； 4b在第k个方位单元对应的HRRP中寻找峰值点，并将所有峰值点对应的位置 坐标、幅度记录在第k时刻的位置幅度集合中，根据小转角内散射点幅度近似不变且 位置接近准则，将第k时刻位置幅度集合中的元素与航迹矩阵第k-1列中元素进行关 联，将关联得到的第k时刻散射点位置坐标和幅度记录在航迹矩阵第k列； 4c将k递增一个序号，执行步骤4b，直至获得所有方位时刻的散射点位置坐 标和幅度； 4d分别将各散射点在航迹矩阵中第k-1列记录的位置坐标与第k-2列记录的 位置坐标相减，并除以脉冲重复周期得到速度，将航迹矩阵中第k列记录的位置坐标 减去第k-1列记录的位置坐标的两倍，再加上第k-2列记录的位置坐标，将计算结 果除以脉冲重复周期的平方得到加速度； 4e用速度乘以脉冲重复周期并加上加速度与脉冲重复周期平方乘积的0.5倍， 求得距离步进量； 4f分别将各散射点在航迹矩阵中第k列记录的位置坐标、步骤4d得到的速度 与加速度作为第k时刻散射点状态向量； 4g根据Kalman预测准则，对第k+1、k+2及k+3时刻的状态向量进行预测， 并将航迹矩阵中记录的对应散射点幅度求均值作为预测幅度值； 4h在第k+1个方位单元对应的HRRP中，分别以各散射点在航迹矩阵中第k列 记录的位置坐标为中心，以距离步进量的三倍为搜索宽度寻找峰值点，将所有峰值点 对应的位置坐标和幅度记录在第k+1时刻的位置幅度集合中； 4i在第k+2个方位单元对应的HRRP中，分别以各散射点在第k+1时刻的位置 幅度集合中所有位置坐标的均值为中心，以距离步进量的三倍为搜索宽度寻找峰值 点，将所有峰值点对应的位置坐标和幅度记录在第k+2时刻的位置幅度集合中； 4j在第k+3个方位单元对应的HRRP中，分别以各散射点在第k+2时刻的位置 幅度集合中所有位置坐标的均值为中心，以距离步进量的三倍为搜索宽度寻找峰值 点，将所有峰值点对应的位置坐标和幅度记录在第k+3时刻的位置幅度集合中； 4k根据归一化的最近邻准则函数对散射点航迹进行关联，求得散射点在第k+1 时刻的真实位置坐标和幅度，并记录在航迹矩阵第k+1列中； 4l将步骤4g预测得到的k+1时刻状态向量中的速度和加速度按照步骤4e进 行计算，得到距离步进量，将k递增一个序号，重复步骤4g至步骤4k，直至完成 散射点在所有方位单元对应的HRRP中的位置关联，从航迹矩阵中抽取散射点的位置 坐标并且剔除对应幅度值，得到更新的航迹矩阵； 5高分辨成像 5a将航迹矩阵中每个元素都减去该元素所在行所有元素的均值，得到平动校正 后的航迹矩阵； 5b对平动校正后的航迹矩阵进行带约束的矩阵分解得到散射点分布矩阵和雷达 视线矩阵； 5c用散射点分布矩阵重构目标图像。

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百度查询： 西安电子科技大学 基于HRRP序列的空间目标高分辨成像方法

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