基于联合多波位的高分辨DBS成像方法

摘要

本发明公开了一种基于联合多波位的高分辨DBS成像方法。主要解决现有DBS成像分辨率较低的问题。其实现过程为：（1）利用雷达照射地面点目标的时间计算雷达相干积累脉冲数和需要联合的波位数；（2）根据需要联合的波位数对雷达多个波位的数据进行合并；（3）对合并后的数据进行距离向的脉冲压缩和方位向的傅里叶变换，得到多普勒通道数据；（4）取出多普勒通道数据中雷达主波束范围对应的部分，并计算该对应部分的数据在地面上的坐标；（5）利用求得的地面坐标将雷达主波束范围数据标记到地面上得到图像。本发明能在飞机飞行过程通过雷达进行机械扫描，对地面进行成像，极大地提高了图像的分辨率，可用于对地面运动目标的检测和定位。

主权项

一种基于联合多波位的高分辨DBS成像方法，包括如下步骤：(1)将雷达安装在飞机上，雷达在飞机飞行过程中进行机械扫描，且扫描波位随着时间变化，雷达共扫描N个波位，N≥2；将雷达开机工作扫描的起始波位作为第1个波位，每扫描一个波位雷达录取一次地面回波数据；(2)建立第1个波位对应的地面坐标系X₁O₁Y₁，读取飞机在正东方向速度v_E1，正北方向速度v_N1，得到飞机的航向角θ₁＝atan(v_E1/v_N1)；(3)建立雷达在第i个波位照射地面点目标p的几何模型；(4)利用步骤(3)中建立的模型求雷达在第i个波位照射地面点目标的时间t_i，进而求得雷达相干积累脉冲数K_i＝floor(t_i·f_r)，确定要联合的波位数为：B_i＝floor(K_i/K)，其中，f_r为雷达发射脉冲重复频率，K为每个波位发射的脉冲数，floor代表向下取整；i为扫描波位数，其起始为1，终止为N；(5)取出第i到i+B_i‑1共B_i个波位雷达录取的回波数据，将取出的B_i个波位的数据合并，得到波位数据矩阵A；(6)利用相关函数法估计出波位数据矩阵A的多普勒中心频率f_dc，得到多普勒中心通道；(7)对上述波位数据矩阵A分别进行距离向的脉冲压缩和方位向的加权傅里叶变换，得到波位数据矩阵A的距离‑多普勒图；(8)根据步骤(6)中得到的多普勒中心通道，分别取多普勒中心通道两侧各L个通道，得到覆盖主波束范围的2L+1个多普勒通道的数据矩阵B；(9)建立第i个波位对应的地面坐标系X_iO_iY_i，求得多普勒通道数据矩阵B中任意一个点b在该地面坐标系X_iO_iY_i下的坐标(x_bi,y_bi)为：$\left\{\begin{array}{c}{x}_{\mathrm{bi}}=\frac{\lambda R_b}{2V_i}{f}_d\\ y_{\mathrm{bi}}=\sqrt{R_b^2-H^2-\frac{{\lambda }^2{R}_b^2}{4{V_i}^2}{f}_d^2}\end{array}\right.,$其中，λ是雷达发射信号波长，R_b表示雷达与点b之间的距离，f_d是点b的多普勒频率，H是飞机高度，V_i是飞机在第i个波位的速度；(10)读取飞机在第i个波位的正东方向速度v_Ei，正北方向速度v_Ni，得到飞机在该波位的航向角θ_i＝atan(v_Ei/v_Ni)，求出飞机航向角在第i个波位与第1个波位之间的夹角α_i：α_i＝θ_i‑θ₁＝atan(v_Ei/v_Ni)‑atan(v_E1/v_N1)；(11)求得点b在第1个波位坐标系X₁O₁Y₁下的坐标(x_b1,y_b1)为：$\left\{\begin{array}{c}{x}_{b1}=\cos {\alpha }_i{x}_{\mathrm{bi}}-\sin {\alpha }_i{y}_{\mathrm{bi}}\\ y_{b1}=\sin {\alpha }_i{x}_{\mathrm{bi}}+\cos {\alpha }_i{y}_{\mathrm{bi}}\end{array}\right.;$(12)利用步骤(11)的公式，求出多普勒通道数据矩阵B中所有点在第1个波位对应的地面坐标系X₁O₁Y₁下的坐标，根据求出的地面坐标，将数据矩阵B中的所有点标记到其坐标对应的地面位置上；(13)令i＝i+1，重复步骤(3)～(12)，直到处理完所有雷达扫描波位的数据，即i＝N时，显示出全部波位数据在地面的DBS图像。