基于雷达旋转发射阵列的微波关联成像方法

摘要

本发明公开了一种基于雷达旋转发射阵列的微波关联成像方法，涉及雷达信息获取与处理技术领域，其步骤为：步骤1，设定雷达旋转发射天线；步骤2，设定雷达的探测面，将该探测面划分成多个探测单元；步骤3，求取时间延迟；步骤4，利用时间延迟求取导向矢量，得到阵列流形矩阵；步骤5，设定回波信号向量；步骤6，构建辐射场向量；步骤7，建立雷达接收的M个脉冲下的原始回波向量与辐射场向量的关联形式；步骤8，在目标函数的约束条件求解目标反射系数向量的目标函数，得到目标反射系数向量；步骤9，得到重排的目标反射系数向量矩阵，即目标的成像矩阵。本发明提高辐射场空时随机性和空间自由度，实现对大场景目标的高分辨率成像。

主权项

一种基于雷达旋转发射阵列的微波关联成像方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1，雷达旋转发射阵列是具有N个阵元的二维面阵，雷达旋转发射阵列的阵元分布在一个圆面上，雷达的接收机位于圆面的圆心，阵元所在圆面绕过圆心的轴线以角速度ω转动，所述圆心的轴线垂直于圆面；N为自然数；步骤2，雷达旋转发射阵列向探测面发射M个脉冲的微波信号，并且接收M个脉冲下的原始回波数据Y；M为自然数；将所述探测面划分成E×F个探测单元，探测单元总数Q＝E×F，其中，E表示横向探测单元数，F表示纵向探测单元数，E、F分别为自然数，且Q>M，M表示雷达旋转发射阵列发射脉冲数；步骤3，在第m个脉冲下第n个阵元向第q个探测单元发射微波信号表示为s_mn(t)，雷达接收机接收第q个探测单元的回波信号表示为s_mn(t‑τ_mnq)，求取发射微波信号s_mn(t)与回波信号s_mn(t‑τ_mnq)之间的时间延迟τ_mnq，其中，t表示时间，m＝1,2,...,M,n＝1,2,...,N,q＝1,2,...,Q,M表示雷达旋转发射阵列发射脉冲数,N表示雷达旋转发射阵列的发射阵元数，Q表示探测单元总数；步骤4，利用时间延迟τ_mnq求取在第m个脉冲下N个阵元相对第q个探测单元的导向矢量V_mq，V_mq维数为N×1；进而得到在第m个脉冲下N个阵元相对Q个探测单元的阵列流形矩阵V_m，V_m维数为N×Q；步骤5，设定第m个脉冲下第n个阵元向第q个探测单元发射的微波信号s_mn(t)等于接收机接收的第q个探测单元的回波信号s_mn(t‑τ_mnq)，即s_mn(t‑τ_mnq)＝s_mn(t)，则第m个脉冲下的回波信号向量：s_m(t)＝[s_m1(t),s_m2(t),...,s_mn(t),...,s_mN(t)]_1×N；m＝1,2,...,M,n＝1,2,...,N,q＝1,2,...,Q；步骤6，利用第m个脉冲下的N个阵元相对Q个探测单元的阵列流形矩阵V_m和第m个脉冲下的回波信号向量s_m(t)，构建第m个脉冲下的辐射场向量A_m＝s_m(t)·V_m，维数为1×Q进而得到M个脉冲下的辐射场矩阵A维数为M×Q，其中[·]^T表示转置；步骤7，设定目标反射系数向量σ的向量化形式为[σ₁,σ₂,...,σ_q,...,σ_Q]^T，其中[·]^T表示转置，σ_q表示第q个探测单元的目标反射系数，q＝1,2,…,Q；利用M个脉冲下的辐射场矩阵A和目标反射系数向量σ将雷达接收的M个脉冲下的原始回波向量Y写成如下形式：Y＝Aσ+w其中，A表示M个脉冲下的Q个探测单元的辐射场矩阵，w表示设定的维数为M×1的高斯白噪声矢量；步骤8，建立目标反射系数向量σ的目标函数，将Y＝Aσ+w作为目标函数的约束条件，在目标函数的约束条件下求解目标反射系数向量σ的目标函数，得到目标反射系数向σ，σ＝[σ₁,σ₂,...,σ_q,...,σ_Q]^T＝[σ₁,σ₂,...,σ_E,σ_E+1,σ_E+2,...,σ_2E,...,σ_(F‑1)E+1,σ_(F‑1xE+2,...,σ_Q]^T，其中[·]^T表示转置，Q＝E×F，E表示横向探测单元数，F表示纵向探测单元数；步骤9，将目标反射系数向量σ由Q×1维排列为E×F维矩阵，得到重排的目标反射系数矩阵$\bar{\sigma }={\left[\begin{array}{cccc}{\sigma }_1& {\sigma }_{E+1}& ...& {\sigma }_{(F-1)E+1}\\ {\sigma }_2& {\sigma }_{E+2}& ...& {\sigma }_{(F-1)E+2}\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ .& .& & .\\ {\sigma }_E& {\sigma }_{2E}& ...& {\sigma }_Q\end{array}\right]}_{E\times F},$重排的目标反射系数矩阵即目标的成像矩阵。