一种跨域分布式MISO-ISAR雷达前视成像探测系统的制作方法

一种跨域分布式miso-isar雷达前视成像探测系统
技术领域
1.本发明属于雷达探测成像技术领域，具体涉及一种跨域分布式miso-isar雷达前视成像探测系统。


背景技术：

2.跨域分布式miso-isar雷达前视成像探测技术能对“低慢小”目标实现了二维实时识别，且具备全天候隐蔽探测和抗干扰的能力，通过空中无人机探测平台与地面防空平台结合，将现有地面雷达收发一体化改为静默接收成像，形成“天发地收”的分布式探测布局，在提升现有防空平台对“低慢小”目标的分辨能力同时，也能提升防空系统隐蔽作战能力，在陆上野战防空反“低慢小”目标作战中具有广阔的应用前景。该技术也可拓展应用于舰空防御等领域，提升舰艇对低空无人机、巡航导弹的探测能力。
3.基于b-isar理论，每一收发对可得到一幅子孔径图像，为了获得高分辨率的融合成像结果，需要对子孔径进行融合处理，而现有研究中仅仅涉及到两个孔径之间的合成，仍缺少对多个孔径之间合成方法的研究，因此，针对多孔径的融合，需要提出一种有效的成像融合处理技术和系统。


技术实现要素：

4.本发明提供了一种跨域分布式miso-isar雷达前视成像探测系统，在分布式miso-isar的基础上实现了多孔径特征融合。
5.本发明采用的技术方案为：
6.一种跨域分布式miso-isar雷达前视成像探测系统，包括地面平台和空中平台；
7.所述空中平台包括设置有探测设备和通信设备的多个无人机；所述通信设备分别与无人机和通信设备通过有线或无线连接；
8.所述地面平台包括雷达信号接收天线，图像处理设备、综合处理设备及供电设备；
9.雷达信号接收天线用于接收目标反射的多个回波信息，将信息传递给图像处理设备；
10.图像处理设备综合用于对多个回波信息进行miso-isar合成成像处理，得到高清的目标二维分辨图像，将目标二维分辨图像传递给综合处理设备；
11.所述综合处理设备基于自身储存的目标库，对目标进行识别；所述综合处理设备与空中平台的通信设备无线通讯连接；
12.所述机动设备用于搭载雷达信号接收天线、图像处理设备和综合处理设备，所述供电设备与其他设备电连接。
13.进一步地，所述地面平台包括机动设备，机动设备用于搭载雷达信号接收天线、图像处理设备、综合处理设备和供电设备。
14.进一步地，所述雷达信号接收天线为相控阵接收天线，相控阵接收天线与图像处理设备通过线缆连接。
15.进一步地，所述通信设备与无人机通过线缆连接。
16.进一步地，所述供电设备包括电力管控终端、柴油发电机组、高能逆变电源。
17.进一步地，所述图像处理设备包括多子孔径回波处理软件，所述多子孔径回波处理软件进行miso-isar合成成像处理，得到目标的高清二维分辨成像信息。
18.进一步地，所述多子孔径回波处理软件采用如下算法进行miso-isar合成成像处理：
19.根据成像的特征分别生成基础特征函数km(x)，
20.km(x)＝f(x1,x2...xn)，
21.其中，x1,x2...xn分别对应成像过程的不同特征；
22.根据基础特征函数得到综合特征函数：
[0023][0024]
其约束条件为
[0025]
其中，km(x)为基础特征函数，m表示第m个基础特征函数,m为基础特征函数的个数，dm代表了对应的基础特征函数的权重；根据dm求出综合特征函数；根据综合特征函数进行特征融合，求取最优融合特征，实现最优孔径图像融合。
[0026]
所述求取最优融合特征的方法为：
[0027]
综合特征函数k(x)表示为如下：
[0028]
将寻求最优融合算法等效为优化问题，对求取最小值，将其值最小时对应的dm代入综合特征函数，得到最优综合特征函数ky(x)；
[0029]
求取最小值的约束条件如下：
[0030][0031]
其中，ξi为松弛变量，c为惩罚因子，yi为类目标签。
[0032]
相比于现有技术，本发明的有益效果为：
[0033]
本发明的一种跨域分布式miso-isar雷达前视成像探测系统，采用多子孔径回波处理软件，在miso-isar技术的基础上进行前处理，通过对图像特征的融合处理得到了最优特征，从而得到最优的孔径图像，达到了对目标高清二维成像的效果，实现了探测空域内对“低慢小”目标、密集目标的高清成像分辨。
附图说明
[0034]
图1为多子孔径合成孔径融合示意图。
具体实施方式
[0035]
以下结合附图和实施例对本发明进行进一步说明。
[0036]
本发明的一种跨域分布式miso-isar雷达前视成像探测系统，包括地面平台和空中平台；
[0037]
地面平台包括雷达信号接收天线，图像处理设备、综合处理设备、供电设备及机动设备；
[0038]
空中平台包括设置有探测设备和通信设备的多个无人机；通信设备与无人机通过有线或无线连接，本实施例中是通过电缆连接；
[0039]
通过无人机平台对目标进行抵近观察飞行，通过探测设备发射多波段的信号对目标进行探测，通过通信设备接收地面控制和航迹规划信号，进行空中布局和构型。
[0040]
探测设备主要功能是对目标发射探测信号。探测设备装设在无人机的前段，对前方目标发射探测波束，探测波束主要集中在ka和ku频段，具备多个波段，每个多段带宽宽度500m，探测距离不小于30km。
[0041]
通信设备装设在探测设备的前端，主要用于与地面平台进行通信，将自身空间位置、速度等状态信息发送给地面，地面平台的综合处理设备接收这些信息。综合处理设备将无人机飞行航迹、构型指令发送给空中平台，通信设备接收信息和指令，将其通过内部线缆发送给无人机。
[0042]
雷达信号接收天线用于接收目标反射的多个回波信息，本实施例中，雷达信号接收天线为相控阵接收天线，材料为金属；相控阵接收天线与图像处理设备通过线缆连接，天线阵面接收外部目标回波信号，通过线缆将信息传递给图像处理设备；天线阵面面积约4m 2
，雷达信号接收天线设置在雷达平台上，雷达平台设有旋转机构和倒伏机构，可根据综合处理设备的指令控制雷达信号接收天线进行旋转、倒伏等动作。
[0043]
图像处理设备主要接收雷达天线传输的信号，并对信号进行解析，解算得到目标的位置、距离、速度、大小等信息。并用于处理多个回波信息，进行miso-isar合成成像处理，得到高清的目标二维分辨图像，将目标二维分辨图像传递给综合处理设备；
[0044]
图像处理设备包括多子孔径回波处理软件，多子孔径回波处理软件采用如下算法进行miso-isar合成成像处理：
[0045]
根据成像的特征分别生成基础特征函数km(x)，
[0046]km
(x)＝f(x1,x2...xn)，
[0047]
其中，x1,x2...xn分别对应成像过程的不同特征，包括但不限于成像过程的像素、分辨率、单一合成孔径大小、孔径的间隔距离等。
[0048]
根据基础特征函数得到综合特征函数：
[0049][0050]
其约束条件为
[0051]
其中，km(x)为基础特征函数，m表示第m个基础特征函数,m为基础特征函数的个数，dm代表了对应的基础特征函数的权重；根据dm求出综合特征函数；根据综合特征函数进行特征融合，求取各最优融合特征，实现最优孔径图像融合；
[0052]
综合特征函数k(x)可表示为如下：
[0053][0054]
将寻求最优融合算法等效为优化问题，对求取最小值，将其值最小时对应的dm代入综合特征函数，得到最优综合特征函数ky(x)；
[0055]
求取最小值的约束条件如下：
[0056][0057]
其中，ξi为松弛变量，c为惩罚因子，yi是类目标签。ξi、c、yi的值通过大量的样本和实例，结合工程经验，进行多次优化赋值给定。
[0058]
通过上述算法对多幅图像进行融合处理，即得到了融合后的最优特征，从而得到最优的孔径图像，达到了对目标高清二维成像的效果，实现了探测空域内对“低慢小”目标，密集目标的高清成像分辨。
[0059]
miso-isar合成成像处理还包括对子孔径进行融合：
[0060]
先计算多孔径融合后形成的虚拟孔径δθ，如图1所示，将子孔径δθ1至δθ
p
融合后得到δθ，根据虚拟孔径δθ选择融合方法。
[0061]
对子孔径进行融合具体包括：假设一共有p组回波(即有p个雷达)，
[0062]
当时，
[0063]
利用传统的子孔径融方法进行融合，其中p表示第p组回波，θ
p
表示第p组回波的孔径，β0表示tp＝0时刻雷达的双基地角。传统的子孔径融方法在现有研究中已有报道，具体可参考论文《运动目标分布式雷达成像技术研究》第三章内容。
[0064]
当时，
[0065]
采用下述的融合模型：s＝aσ+e
[0066]
其中，
[0067]
s是将多个回波信号s结合起来的总的回波信号，a是对应s的观测矩阵，观测矩阵a由未知数ω1,ω2···
ω
p
和β
02
,β
03
···
β
0p
决定，ω为目标相对于雷达的转速(p个雷达对应有p个ω)，β
02
,β
03
···
β
0p
是tp＝0时刻目标到p-1个雷达的双基地角；σ为单一雷达回波信号；e是噪声矢量。
[0068]
通过上述算法对多幅图像进行融合处理，即得到了融合后的最优特征，从而得到最优的孔径图像，达到了对目标高清二维成像的效果，实现了探测空域内对“低慢小”目标，密集目标的高清成像分辨。
[0069]
综合处理设备作为地面平台的控制中枢，与空中平台的通信设备无线通讯连接；综合处理设备作为人员与系统交互的主要终端，接受上级命令，下达作战指令，包括控制高能供电设备上下电，雷达天线展开、旋转、撤收，空中平台飞行控制与构型、目标的识别与匹配等等。其中，目标的识别与匹配即是综合处理设备基于自身储存的目标库，对目标进行识别。
[0070]
机动设备为车辆，用于搭载雷达信号接收天线、图像处理设备和综合处理设备，并能按需求运动，所述供电设备与其他设备电连接。车辆尺寸不小于8m*2.8m*3m，载重量量不小于10t，能进行机动越野、爬坡、涉水等功能。
[0071]
供电设备作为整个地面平台的供电中枢，通过供电线缆给车上其它设备提供电力，给设备提供包括28v，380v等不同供电电压，具有外接市电充电接口，供电功率不小于60kw。供电设备内部由电力管控终端、柴油发电机组、高能逆变电源三大块组成。电力管控
终端时操纵各设备上下电的控制终端，并实时监控各设备供电工作状态；柴油发电机组在无市电情况下，利用柴油发电，提供给高能逆变电源。高能逆变电源能储存大量电能，并给各设备输出不同电压的供电。