机载正前视扫描雷达角超分辨方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及雷达成像，特别是机载正前视扫描雷达方位向角超分辨。
【背景技术】
[0002] 雷达正前视成像，是指获取平台正前方区域的地物分布信息。发展运动平台载雷 达正前视成像能力，有利于提高飞行员对远方地形的判断和识别以及平台的自主导航能 力，提高平台的侦察、监视、定位和识别能力，以及可以实现空投地点的准确定位，对于自 主着陆、自主导航及前视侦察等领域具有重要的意义。
[0003]目前，在运动平台载雷达对地面成像的过程中，主要是通过发射大带宽信号和脉 冲压缩技术获得距离向高分辨，利用雷达平台相对地面目标的方位向运动引起的多普勒频 率变化提高方位向分辨率，如合成孔径雷达（SAR)，多普勒波束锐化（DBS)技术等，而当天 线波束正前视时，成像区地面目标回波多普勒频率梯度几乎为零，方位分辨率急速下降，形 成传统SAR或DBS成像的盲区。
[0004] 针对机载正前视雷达成像，特别是其中如何提高方位分辨率的问题，文 南犬"Blair ff D,Brandt-Pearce M. Monopulse DOA estimation of two unresolved Rayleigh targets [J]'，·（Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on, 2001，37(2) :452-469.)中采用单脉冲技术进行方位向处理，该技术基于单脉冲测角 原理，主要适用于单个强点目标的定位，虽然对特定条件下的两点目标有效，但对于存在 多散射中心的复杂目标环境下，将会出现严重的角闪烁现象；文献"J.Guan，J. Yang，Y. Huang,and ff.Li, "Maximum a posteriori-based angular superresolution for scanning radar imaging'，(Aerospace and Electronic Systems, IEEE Transactions on， vol. 50, no. 3, pp. 2389 - 2398, 2014)提出一种贝叶斯框架下的最大后验解卷积方法，利用 回波和噪声的统计特性建立最大似然目标函数，通过迭代实现原始目标场景的复原。将该 方法应用到机载正前视扫描雷达超分辨成像上，能够实现高信噪比下目标高分辨成像。但 对于同一波束内多个点目标，该方法对方位向目标的分辨率改善有限，并且该方法对噪声 敏感，估计方差较大，在低信噪比时出现虚假目标；文献"Superresolution for Scanning Antenna"(Radar Conference, 1997, IEEE National，pp:306_308)提出了一种SMUSIC算法， 这种方法利用多次扫描得到的回波的对其二阶统计特性进行估计，并采用子空间方法对目 标进行超分辨，但是这种方法依赖于目标个数的先验信息，并且需要对目标区域进行多次 扫描，不适合实时机载雷达成像。
【发明内容】
[0005] 本发明为解决上述问题，提出一种机载正前视扫描雷达角超分辨方法，通过建立 扫描雷达方位向回波与阵列信号处理中自相关矩阵的映射，将扫描雷达角超分辨问题转化 为阵列信号超分辨问题，并采用多重信号分类方法对目标进行估计，该方法适用于多个强 点目标，并可以在物理孔径一定的情况下对目标进行超分辨。
[0006] 本发明的技术方案为：机载正前视扫描雷达角超分辨方法，通过建立机载正视扫 描雷达回波和阵列信号自相关矩阵的映射，对阵列信号自相关矩阵采用多重信号分类方法 进行目标估计。
[0007] 进一步的，包括以下步骤：
[0008] Sl :将扫描雷达回波映射到阵列信号自相关矩阵；
[0009] S2 :采用多重信号分类方法进行角超分辨。
[0010] 更进一步的，所述步骤Si具体包括以下分步骤：
[0011] Sll :根据阵列信号的空域匹配滤波输出功率得到阵列天线方向图；
[0012] S12 :根据扫描雷达天线方向图和阵列天线方向图的等价关系，得到映射矩阵；
[0013] S13:根据映射矩阵计算最小二乘估计得到阵列信号的自相关矩阵。
[0014] 进一步地，步骤S12所述等价关系基于扫描雷达天线方向图的主瓣宽度与阵列天 线方向图的主瓣宽度相等。
[0015] 进一步的，所述步骤S2具体包括以下分步骤：
[0016] S21 :对阵列信号的自相关矩阵进行特征分解，并按照从大到小对特征值进行排 序；
[0017] S22 :根据公式计算使得yb最大的b值，得到信源值b，具体公式如下：
[0018] yb=Ab/Ab+1，
[0019] 其中，b = 1，2, "·，Μ-2,入力λ b+1表示特征值；
[0020] S23 :根据信源值b划分得到信号子空间Us与噪声子空间U N，具体为：将特征值 λ i，λ 2，…，Ab所对应的特征向量组成信号子空间Us，将特征值λ b+1，λ b+2，…，λ ^对 应的特征向量组成噪声子空间UN;
[0021] S24 :根据得到的信号子空间Us与噪声子空间U N计算谱函数。
[0022] 本发明的有益效果：本发明的机载正前视扫描雷达角超分辨方法，根据阵列天线 功率方向图和实波束雷达功率方向图的等价关系，建立扫描雷达方位向回波与阵列信号 处理的映射；并根据映射矩阵计算最小二乘估计得到阵列信号的自相关矩阵，采用多重信 号分类方法对自相关矩阵计算普函数，得到超分辨结果；本发明的方法适用于多个强点目 标，并可以在物理孔径一定的情况下对目标进行超分辨；同时，本发明的方法利用单次回波 数据即可完成对自相关矩阵的映射，在低信噪比时具有更低的估计方差。
【附图说明】
[0023] 图1为阵列信号处理示意图。
[0024] 图2为机载正前视扫描雷达工作示意图。
[0025] 图3为本实施方式采用的天线方向图。
[0026] 图4为本实施方式目标分布。
[0027] 图5为本实施方式目标方位向回波。
[0028] 图6为本发明方法流程示意图。
[0029] 图7为本实施方式角超分辨结果。
【具体实施方式】
[0030] 为便于本领域技术人员理解本发明的技术内容，下面结合附图对本
【发明内容】
进一 步阐释。
[0031] 如图1所示为阵列信号示意图，如图2所示为本实施例机载正前视扫描雷达成像 示意图，如图3所示为本实施方式采用的天线方向图，其中平台运动速度V = 100m/s，波束 下视角α =30°，目标回波的主瓣宽度为0w= 3°，天线扫描范围为正前视±8°区域， 扫描速度为《=60°/8，发射信号波长为人=0.03111、带宽为8 = 101抱、调频斜率为心 =2. 5X1013Hz/s的线性调频信号。脉冲重复频率PRF = 1000,方位向采样点数K = 500。 以下阐述中，只考虑某一距离Rc处各方位向上的目标。本实施例设两个同一距离单元上的 等幅目标分别位于方位向-Γ和Γ处。
[0032] 假设在扫描区域中，每个方位采样点上都有目标存在，令这些目标的位置参数为 Θ = (S1, θ2，…θκ)，幅度参数为〇 = (〇1，〇 2，···，οκ)，则这些目标回波信号经相干解 调后可表不为：
[0034] 其中，t表示距离快时间，变化范围由发射机到目标的双程距离决定，τ为方位时 间，变化范围为[-0· 25 0· 25]秒，rect( ·)为矩形窗函数，exp( ·)为指数函数，a( Θ k，τ ) 表示τ时刻指向角度为0,的天线方向图函数值。
[0035] 首先，进行距