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《機載廣域監(jiān)視雷達高分辨成像方法研究.docx》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關內容在行業(yè)資料-天天文庫。
1、機載廣域監(jiān)視雷達高分辨成像方法研究合成孔徑雷達(SAR)可以獲得高分辨的地面場景,但其合成孔徑時間較長,天線波束指向通常固定,嚴重限制了其快速“多視角”大范圍監(jiān)視以及對感興趣目標的“高重訪率”跟蹤能力。近幾年來,機載廣域監(jiān)視雷達由于其“多視角”廣域監(jiān)視能力及對運動目標的快速回訪和跟蹤能力,越來越受到世界各國的關注。通常情況下,廣域監(jiān)視雷達通過采用一個很窄的天線波束在方位向進行不間斷的連續(xù)掃描,對各個方位向的回波信號分別成像形成子圖像,然后將子圖像合成拼接在一起,形成一幅廣域圖像。為了實現“多視角”廣域監(jiān)視,雷達天線波束必須掃描360°的空域范圍;同
2、時為了保證“高重訪率”,雷達天線波束在每個方位向的波束駐留時間有限,致使每個方位向用于成像的相干積累時間很短。這與獲得高分辨率圖像所需要的長時間波束照射相矛盾,因此“高重訪率”前提下的高分辨成像是一個挑戰(zhàn)性難題。另外,當雷達天線波束方向轉到與載機航跡方向一致時,即對載機正前方(或正后方)進行照射時,由于此時的多普勒帶寬很小甚至為零,載機的正前方(或正后方)出現前視探測盲區(qū),使得前視成像(由于載機正前方成像與載機正后方成像原理一致,本文統(tǒng)一稱之為前視成像)質量嚴重下降。同時由于載機平臺(特別是對小型的無人飛行器)易受氣流等非理想條件的影響,各個方位向
3、的子圖像在“合成拼接”到一起時也容易出現拼接痕跡。本文主要對廣域監(jiān)視模式下的高分辨成像算法及關鍵技術進行了研究,主要內容概括如下:一、針對廣域監(jiān)視雷達在多普勒波束銳化(DopplerBeamSharpening,DBS)成像過程中方位分辨率不高的問題,提出了兩種基于頻譜估計的APES-DBS和AE-CSR-DBS超分辨成像方法。傳統(tǒng)的DBS成像方法都是從傅里葉分析的角度出發(fā),其成像結果為真實的信號譜與窗函數卷積的結果,當數據長度有限時,傅里葉譜的分辨率將受到限制,因此DBS成像的質量下降。本章從頻譜估計的角度出發(fā)重新建立了DBS成像的方位超分辨數學
4、模型,并推導出了方位超分辨能力的理論上限。由于頻譜估計可以獲得更加精細的頻譜特性與更低的旁瓣水平,因此基于頻譜估計的超分辨方法可以提高廣域監(jiān)視雷達的方位分辨率。理論條件下,所提的方法可以將方位分辨率提高2倍。仿真分析和實測數據結果驗證了所提方法的有效性。二、在上章工作的基礎上,從DBS回波信號的時域相關特性和頻域稀疏特性出發(fā),分別提出了基于稀疏表示的DBS超分辨成像方法(SR-DBS)和基于孔徑外推的稀疏超分辨成像方法(AESR-DBS)。由于DBS回波信號的頻譜主要是由載機的運動所引起的,對于一般的廣域監(jiān)視雷達,回波的最大多普勒帶寬往往小于雷達發(fā)
5、射信號的重頻,因此,DBS在頻域具有一種固有的稀疏特性。同時雷達天線在掃描時是逐個波位逐個掃描的,加之雷達的天線波束具有一定的寬度,地物散射場景可能被多個天線波束照射,因此相鄰的雷達回波脈沖之間具有一定的相關性。我們充分利用DBS回波信號的頻域稀疏特性及相鄰回波信號之間的相關特性,將DBS方位超分辨成像問題轉化為冗余字典下的稀疏重構問題,通過稀疏恢復,所提方法可以將DBS圖像的方位分辨率提高2～4倍。實測數據處理結果驗證了所提方法的有效性。三、針對機載單通道的前視成像分辨率模糊的問題,提出了一種基于多幀數據空間聯合處理的貝葉斯前視超分辨成像算法。通
6、過將單幀(單幀指單個相干處理間隔(CoherentProcessingInterval,CPI))散射場景的稀疏性假設進行擴展,構建多幀數據聯合處理空間,將散射場景的處理空間由單幀波束域的低維度空間擴展到多幀波束域聯合而成的高維空間。對于有限個散射點情況,在這個高維空間中,散射場景是近似滿足空域稀疏性的。然后,結合實際的回波信號特性,在高斯白噪聲情況下對前視成像模型進行建模,將前視條件下的雷達成像轉化為貝葉斯準則下的優(yōu)化問題。所提方法在進行前視成像時,迭代參數完全由實測數據實時驅動更新,并采用共軛梯度算法進行求解。仿真結果和實測數據表明本文方法不僅
7、可以對前視場景進行高分辨成像,還可以抑制虛假散射點。四、由于前視模式下的多普勒相位歷史變換緩慢,使得前視成像的分辨率很低。為了提高前視方位分辨率,我們首次提出了一種合成帶寬方位調制成像雷達(SBAMIR)。在我們所提出的SBAMIR前視雷達框架中,接收到的回波信號合成帶寬主要由兩部分構成:由多普勒相位變化引起的多普勒帶寬和由發(fā)射信號本身調制所帶來的調制帶寬。傳統(tǒng)前視雷達的多普勒帶寬很小甚至接近于零,因此分辨率很低。然而,我們的SBAMIR徹底擺脫了前視成像對多普勒帶寬的依賴,通過發(fā)射信號的方位向波形調制,及接收回波信號的方位向匹配濾波處理實現方位超
8、分辨成像。即使在多普勒歷史變化緩慢的前視情況下,SBAMIR依舊可以通過提高調制帶寬進行前視成像。仿真實驗驗證了該算法的有
