多基地外辐射源雷达成像系统的自聚焦方法技术方案

本发明专利技术公开了一种多基地外辐射源雷达成像系统的自聚焦方法，主要解决传统的压缩感知算法不考虑相位误差直接恢复目标场景，造成图像散焦的问题。其实现过程为：1)选取外辐射源信号，构建观测模型；2)将相位误差初始化为0，获取目标回波向量；3)对目标回波向量应用压缩感知算法估算目标反射系数向量，根据相邻两次迭代中估算的目标反射系数向量构建目标场景的重构误差；4)通过目标场景的重构误差的极小化条件，计算相位误差；5)计算相位误差是否满足迭代停止条件，如果满足，迭代停止，得到相位误差；否则，更新目标回波向量后，返回执行3)。本发明专利技术提高了成像的分辨率，可用于对多基地外辐射源雷达成像系统进行高分辨率成像。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于雷达
，更进一步涉及一种自聚焦方法，可用于实现多基地外辐射源雷达成像系统的高分辨率成像。
技术介绍
外辐射源雷达是指利用直播电视卫星，导航，通信台站，电视，广播等非合作的第三方辐射信号作为发射源的雷达系统，其自身并不发射信号。该类型雷达具有生存能力强，，抗干扰性能好，可探测隐身目标以及探测低空目标等特点。因此，多基地外辐射源雷达系统被广泛应用于目标检测和跟踪。由于兼具成像的功能，多基地外辐射源雷达系统的目标识别能力将被大大提升，并且有效的扩宽了其实际应用性。近年来，越来越多的研究重点旨在提升多基地外辐射源雷达成像系统的性能。由于外辐射源带宽窄，数目少，且分布不均匀，实际情况下不能利用多个外辐射源对目标成像。针对单个外辐射源，可以通过部署多个接收站的方式来等效合成孔径对目标成像，但是性能并不像传统的SAR/ISAR那么好。此外，外辐射源、接收机和目标的位置的不准确测量，会导致目标回波的相位误差和图像质量的进一步恶化。为了提高多基地外辐射源雷达成像系统的性能，提出了基于压缩感知原理的成像算法。由于目标散射点相对于成像场景是稀疏的，压缩感知算法被拓展到多基地外辐射源雷达系统中以获得高分辨率的图像。然而，由于各种原因，观测模型的误差是不可避免的，例如跟踪系统错误估计了目标轨迹。由于系统测量的不精确性或传播过程中受大气干扰造成的相位误差会污染目标回波，导致成像质量下降。为了补偿这种相位误差，多种文献研究了SAR/ISAR自聚焦问题，提出了自聚焦技术。但由于窄带宽信号成像系统的距离分辨率差，常规的自聚焦技术应用于窄带宽信号成像系统中时图像分辨率低，无法实现高分辨成像。
技术实现思路
本专利技术目的是针对上述现有技术的不足，提出一种多基地外辐射源雷达成像系统的自聚焦方法，以提高窄带宽成像系统中的成像分辨率。为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：(1)选取频率为680MHz的外辐射源并使其位于x轴正半轴上，再以成像目标的中心为原点，在目标周围均匀分布12个接收站，构建出二维平面上的观测模型；(2)根据观测模型，获取无相位误差条件下的目标回波信号：设目标上共P个散射点，其任一散射点p的坐标为xp＝(xp,yp)T，设第a个接收机接收目标回波信号为：其中a＝1,...,A，A＝12，σ(xp)是散射点p的反射系数，s(t)是外辐射源的传输波形，外辐射源信号为单频信号，τa(xp)是从外辐射源到散射点p再返回给第a个接收机的传播延时；(3)对目标回波信号Ga(t)进行解调和基带处理，得到目标回波向量：G＝Bσ，其中B为字典矩阵，σ为没有被相位误差污染的理想目标反射系数向量；(4)对目标回波向量应用压缩感知算法，估算目标反射系数向量： σ ^ ( φ ) = arg m i n | | σ | | 0 s . t . G = B σ , ]]>其中为估算的包含相位误差的目标反射系数向量，||σ||0为σ的零范数，s.t.为约束条件符号；(5)构造相位误差分量表达式：5a)设观测模型相位误差为φ＝[φ1,1,φ1,2,...,φ1,L,...,φa,l,...,φA,L]T，将包含相位误差的目标回波向量表示为： G ‾ = Γ B σ = B σ ^ ( φ ) , ]]>其中，Γ＝diag(exp(jφ1,1),exp(jφ1,2),...,exp(jφ1,L),...,exp(jφa,l),...,exp(jφA,L))代表以相位误差为主对角线元素的方阵；5b)由估算的包含相位误差的目标反射系数向量和理想的目标反射系数向量σ，得到目标场景的重构误差： C ( φ ) = | | σ ^ ( φ ) - σ | | 2 2 , ]]>其中，为任意向量x的2范数；5c)根据目标场景的重构误差，求解相位误差分量：5c1)将目标场景的重构误差转化成如下方程：D(φ)＝||ΓBσ-G||2＝∑a,l||exp(jφa,l)B(a*l,:)σ-Ga(kl)||2，其中D(φ)为目标场景的重构误差的简化计算式；5c2)将D(φ)作为极小化必要条件，即根据求解相位误差分量：φa,l＝∠σHBH(a*l,:)Ga(kl)，a＝1,...,A，l＝1,...,L，：其中∠σHBH(a*l,:)Ga(kl)为第a个接收站第l次采样的相位误差分量，B(a*l,:)为字典矩阵B的第a*l行元素，Ga(kl)为第a个接收站的第l次采样的目标回波数据；(6)通过定点迭代算法求解相位误差：6a)初始化第一次迭代的观测模型相位误差φ为0；6b)由公式估算包含相位误差的目标反射系数向量，得到第i次迭代估算的包含相位误差的目标反射系数向量为6c)计算相位误差φi；6d)更新目标回波向量，即由得到第i+1次迭代后的目标回波向量；6e)对比第i次与第i+1次迭代的相位误差，若满足： Σ ( a , l ) = ( 1 , 1 ) 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种多基地外辐射源雷达成像系统的自聚焦方法，包括：(1)选取频率为680MHz的外辐射源并使其位于x轴正半轴上，再以成像目标的中心为原点，在目标周围均匀分布12个接收站，构建出二维平面上的观测模型；(2)根据观测模型，获取无相位误差条件下的目标回波信号：设目标上共P个散射点，其任一散射点p的坐标为xp＝(xp,yp)T，设第a个接收机接收目标回波信号为：其中a＝1,...,A，A＝12，σ(xp)是散射点p的反射系数，s(t)是外辐射源的传输波形，外辐射源信号为单频信号，τa(xp)是从外辐射源到散射点p再返回给第a个接收机的传播延时；(3)对目标回波信号Ga(t)进行解调和基带处理，得到目标回波向量：G＝Bσ，其中B为字典矩阵，σ为没有被相位误差污染的理想目标反射系数向量；(4)对目标回波向量应用压缩感知算法，估算目标反射系数向量：s.t.G＝Bσ，其中为估算的包含相位误差的目标反射系数向量，||σ||0为σ的零范数，s.t.为约束条件符号；(5)构造相位误差分量表达式：5a)设观测模型相位误差为φ＝[φ1,1,φ1,2,...,φ1,L,...,φa,l,...,φA,L]T，将包含相位误差的目标回波向量表示为：G‾=ΓBσ=Bσ^(φ),]]>其中，Γ＝diag(exp(jφ1,1),exp(jφ1,2),...,exp(jφ1,L),...,exp(jφa,l),...,exp(jφA,L))代表以相位误差为主对角线元素的方阵；5b)由估算的包含相位误差的目标反射系数向量和理想的目标反射系数向量σ，得到目标场景的重构误差：C(φ)=||σ^(φ)-σ||22,]]>其中，为任意向量x的2范数；5c)根据目标场景的重构误差，求解相位误差分量：5c1)将目标场景的重构误差转化成如下方程：D(φ)＝||ΓBσ‑G||2＝∑a,l||exp(jφa,l)B(a*l,:)σ‑Ga(kl)||2，其中D(φ)为目标场景的重构误差的简化计算式；5c2)将D(φ)作为极小化必要条件，即根据求解相位误差分量：φa,l＝∠σHBH(a*l,:)Ga(kl)，a＝1,...,A，l＝1,...,L，：其中∠σHBH(a*l,:)Ga(kl)为第a个接收站第l次采样的相位误差分量，B(a*l,:)为字典矩阵B的第a*l行元素，Ga(kl)为第a个接收站的第l次采样的目标回波数据；(6)通过定点迭代算法求解相位误差：6a)初始化第一次迭代的观测模型相位误差φ为0；6b)由公式估算包含相位误差的目标反射系数向量，得到第i次迭代估算的包含相位误差的目标反射系数向量为6c)计算相位误差φi；6d)更新目标回波向量，即由得到第i次迭代后的目标回波向量；6e)对比第i次与第i+1次迭代的相位误差，若满足：max(a,l)=(1,1)(A,L){|exp(jφa,li+1)-exp(jφa,li)|}≤μ,]]>则迭代停止，否则转入6b)继续执行第i+1次迭代，直到满足精度阈值μ＝0.01。...

【技术特征摘要】
1.一种多基地外辐射源雷达成像系统的自聚焦方法，包括：(1)选取频率为680MHz的外辐射源并使其位于x轴正半轴上，再以成像目标的中心为原点，在目标周围均匀分布12个接收站，构建出二维平面上的观测模型；(2)根据观测模型，获取无相位误差条件下的目标回波信号：设目标上共P个散射点，其任一散射点p的坐标为xp＝(xp,yp)T，设第a个接收机接收目标回波信号为：其中a＝1,...,A，A＝12，σ(xp)是散射点p的反射系数，s(t)是外辐射源的传输波形，外辐射源信号为单频信号，τa(xp)是从外辐射源到散射点p再返回给第a个接收机的传播延时；(3)对目标回波信号Ga(t)进行解调和基带处理，得到目标回波向量：G＝Bσ，其中B为字典矩阵，σ为没有被相位误差污染的理想目标反射系数向量；(4)对目标回波向量应用压缩感知算法，估算目标反射系数向量：s.t.G＝Bσ，其中为估算的包含相位误差的目标反射系数向量，||σ||0为σ的零范数，s.t.为约束条件符号；(5)构造相位误差分量表达式：5a)设观测模型相位误差为φ＝[φ1,1,φ1,2,...,φ1,L,...,φa,l,...,φA,L]T，将包含相位误差的目标回波向量表示为： G ‾ = Γ B σ = B σ ^ ( φ ) , ]]>其中，Γ＝diag(exp(jφ1,1),exp(jφ1,2),...,exp(jφ1,L),...,exp(jφa,l),...,exp(jφA,L))代表以相位误差为主对角线元素的方阵；5b)由估算的包含相位误差的目标反射系数向量和理想的目标反射系数向量σ，得到目标场景的重构误差： C ( φ ) = | | σ ^ ( φ ) - σ | | 2 2 ...

【专利技术属性】
技术研发人员：王俊，邢玉帅，王珏，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61