一种前视扫描雷达成像方法

摘要

本发明公开了一种前视扫描雷达成像方法，具体包括步骤：成像系统参数初始化；对回波数据进行距离向脉冲压缩；对雷达正前视区域进行超分辨成像处理；对方位角较大区域进行后向投影成像处理；两个区域成像结果拼接处理。本发明的成像方法在雷达正前视区域采用不适定性问题正则化方法提高方位分辨率，并结合后向投影算法提高方位角较大区域方位分辨率，将两部分成像结果拼接成一幅完整的场景图像，扩大了前视扫描雷达成像场景范围，不仅克服了合成孔径雷达不能前视成像的弱点，而且解决了现有的前视扫描雷达方位向成像场景范围小的问题。

主权项

1.一种前视扫描雷达成像方法，具体包括如下步骤：步骤一：成像系统参数初始化，具体包括如下参数：平台速度，记为V；天线俯仰角，记为平台高度，记为h；发送信号载波频率，记为f₀；脉冲宽度，记为T_r；方位时间向量记为t=[-PRI·N_a/2,-PRI·(N_a/2-1),…,PRI·(N_a/2-1)]，其中，PRI为脉冲重复时间，N_a为目标回波方位向采样点数；将距离时间向量记为：τ=[-1/f_s·N_f/2,-1/f_s·(N_f/2-1),…,1/f_s·(N_f/2-1)]，其中，f_s为距离向采样率，N_f为目标回波距离向采样点数；目标平面点目标距离历史为其中，R₀为方位时间为0时刻天线与点目标的初始斜距，θ₀为0时刻点目标对应的方位角；步骤二：对回波数据进行距离向脉冲压缩，目标回波表达式为：$s(\tau ,t;x,y)=\sigma (x,y)w_a\left[\frac{t-t_{{\theta }_0}}{T_{\mathrm{beta}}}\right]\mathrm{rect}\left[\frac{\tau -{\tau }_d(t;x,y)}{T_r}\right]$$*\exp \left\{\mathrm{j\pi }{K}_r{[\tau -{\tau }_d(t;x,y)]}^2\right\}*\exp \{-j\frac{4\pi }{\lambda }R(t;x,y)\}$其中，σ(x,y)是反射系数，是双程回波延迟，w_a[·]表示慢时间域窗函数，代表方位向天线方向图函数的调制，窗宽度T_beta代表点目标波束驻留时间，为方位角θ₀对应的方位时刻，rect[·]表示快时间域窗函数，窗宽度为T_r，K_r为发射信号调频率，λ为载波波长；对前视扫描雷达回波数据s(τ,t;x,y)进行距离向脉冲压缩，脉压后数据表示为s₁(τ,t;x,y)；预先设定用于确定超分辨成像处理区域的第一方位角θ_α和用于确定后向投影成像处理区域的第二方位角θ_β，满足θ_β大于θ_α；步骤三：对雷达正前视区域进行超分辨成像处理，在步骤二距离向脉冲压缩处理后的数据s₁(τ,y;x,y)中，取出方位角位于-θ_α~θ_α之内的数据，定为雷达角超分辨处理区域，数据表示为：$s_2(\tau ,t;x,y)=\sigma (x,y)w_a\left[\frac{t-t_{{\theta }_0}}{T_{\mathrm{beta}}}\right]\sin c\left\{B\right[\tau -{\tau }_d(t;x,y)\left]\right\}*\exp \{-j\frac{4\pi }{\lambda }R(t;x,y)\}$其中，分别为方位角-θ_α、θ_α对应的方位时刻；点目标斜距历史R(t;x,y)泰勒级数展开后保留一次项，可得将斜距历史近似为R(t;x,y)≈r₀-Vt；利用近似后的斜距历史，在超分辨处理区数据s₂(τ,t;x,y)中，对距离时间变量τ通过变量代换进行尺度变换，消除平台运动产生的距离走动，完成运动补偿，尺度变换后的数据表示为：$s_3(\tau ,t;x,y)=s_2(\tau -\frac{2\mathrm{Vt}}{c},t;x,y)$$=\sigma (x,y)w_a\left[\frac{t-t_{{\theta }_0}}{T_{\mathrm{beta}}}\right]\sin c\left\{B\right[\tau -\frac{2r_0}{c}\left]\right\}*\exp \{-j\frac{4\pi }{\lambda }R(t;x,y)\}$天线方向图函数作为参考函数，对数据s₃(τ,t;x,y)进行不适定性问题正则化处理，实现数据s₃(τ,t;x,y)的角超分辨，将成像结果记为s₄(τ,t;x,y)；步骤四：利用后向投影算法对方位角较大区域进行成像处理，在步骤二距离向脉冲压缩处理后的数据s₁(τ,y;x,y)中，取出方位角位于-θ_β~-θ_α,θ_α~θ_β之内的数据，定为后向投影处理区，数据表示为：$s_5(\tau ,t;x,y)=\sigma (x,y)w_a\left[\frac{t-t_{{\theta }_0}}{T_{\mathrm{beta}}}\right]\sin c\left\{B\right[\tau -{\tau }_d(t;x,y)\left]\right\}*\exp \{-j\frac{4\pi }{\lambda }R(t;x,y)\}$其中，分别为方位角-θ_β、θ_β对应的方位时刻；根据雷达平台运动时系统记录的位置信息，计算目标平面上任一点目标，在天线波束照射时间内到雷达平台的距离为点目标对应的波束驻留时间向量；根据计算双程时延利用t(x,y)构造相位补偿因子Φ(x,y)=exp{-j2πf₀t(x,y)}，f₀为载波频率；对后向投影处理区数据s₅(τ,t;x,y)进行距离向插值，将插值后的数据s′₅(τ,t;x,y)和相位补偿因子按式子进行相干积累，得到成像场景每一点目标(x,y)的精确估计，实现数据s₅(τ,t;x,y)的后向投影成像处理，成像结果记为s₆(τ,t;x,y)；步骤五：两个区域成像结果拼接处理，将步骤三超分辨处理后的成像结果s₄(τ,t;x,y)和步骤四后向投影处理后的成像结果s₆(τ,t;x,y)作拼接处理，拼接处理后的数据即为前视扫描雷达最终成像结果，记为s₇(τ,t;x,y)。