一种无参的二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法

本发明属于雷达成像，特别涉及一种雷达超分辨成像技术。

背景技术：

1、二维扫描雷达因其探测范围广、重访率高的优势被广泛应用于空中目标探测、跟踪、预警等方面的重要应用。然而，扫描雷达的方位和俯仰角分辨率受到天线孔径大小的限制。大规模天线在硬件实现和信号处理复杂度方面存在技术瓶颈。因此，有必要寻求一些新的技术手段来突破天线参数对扫描雷达成像分辨率的限制。

2、为了提高扫描雷达的成像分辨率，文献“xingyu tuo,yin zhang,yulin huang,and jianyu yang,“a fast sparse azimuth super-resolution imaging method ofreal aperture radar based on iterative reweighted least squares with linearsketching,”ieee journal of selected topics in applied earth observations andremote sensing,vol.14,pp.2928-2941,2021.”提出了一种基于l1迭代重加权的稀疏超分辨方法。该方法可以在不影响成像性能的前提下降低计算复杂度，但存在用户参数对噪声敏感、噪声适应能力差的问题。文献“xingyu tuo，yu xia，yin zhang，junyu zhu，yongchaozhang，yulin huang，and jianyu yang，‘super-resolution imaging for real apertureradar by two-dimensional deconvolution，’in 2021ieee international geoscienceand remote sensing symposium igarss.ieee，2021，pp.6630-6633.”提出了基于admm的稀疏方法，进一步提高了实孔径雷达在方位向和俯仰方向上的成像分辨率，但是其复杂度偏高，且需要同时调节两个用户参数，不利于工程实现。

技术实现思路

1、为解决上述技术问题，本发明提出一种无用户参数的方位-俯仰二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，与现有二维超分辨方法相比，不仅具有更低的计算复杂度，而且解决了用户参数选择的问题，鲁棒性更强。

2、本发明采用的技术方案为：一种无用户参数的方位-俯仰二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，包括：

3、s1、构建距离单元内扫描雷达信号模型：设距离压缩后，某距离单元内扫描雷达回波模型表示为：

4、y＝axb+n

5、其中，y表示回波矩阵；a和b分别表示方位角和俯仰角天线方向卷积矩阵，x表示目标散射矩阵，n表示噪声矩阵；

6、s2、基于稀疏协方差拟合准则，构建关于目标散射和噪声的稀疏优化目标函数：

7、

8、其中，y＝vec(y)，vec(·)表示向量化，r为协方差矩阵，m和n分别表示回波的方位和俯仰方向的采样点数，pi表示目标散射和噪声功率，wi是加权因子；

9、s3、利用梯度下降法求解出目标散射和噪声功率；得到目标散射和噪声功率估计器；

10、s4、利用共轭梯度算法和kronecker积性质，基于步骤s4得到的目标散射和噪声功率估计器，加速迭代估计目标散射和噪声功率，实现扫描雷达的快速稀疏二维超分辨成像。

11、本发明的有益效果：本发明的方法首先构建方位-俯仰二维扫描雷达信号模型；然后，对当前基于加权稀疏协方差估计(wspice,sparse iterative covariance-basedestimation)算法进行二维扩展实现扫描雷达稀疏二维超分辨成像；最后，利用共轭梯度算法和kronecker积性质，加速迭代估计目标散射和噪声功率，实现扫描雷达的快速稀疏二维超分辨成像。本发明的方法解决了现有技术手段复杂度高、对噪声鲁棒性差的问题，与现有二维超分辨方法相比，不仅具有更低的计算复杂度，而且解决了用户参数选择的问题，鲁棒性更强。

技术特征：

1.一种无用户参数的方位-俯仰二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的一种无用户参数的方位-俯仰二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，其特征在于，利用kronecker积，将步骤s1中的回波模型转化为一个矩阵-向量形式，表示为：

3.根据权利要求2所述的一种无用户参数的方位-俯仰二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，其特征在于，步骤s2中r表达式为：

4.根据权利要求3所述的一种无用户参数的方位-俯仰二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，其特征在于，步骤s3具体实现过程为：

5.根据权利要求4所述的一种无用户参数的方位-俯仰二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，其特征在于，步骤s4的具体实现过程为：

6.根据权利要求5所述的一种无用户参数的方位-俯仰二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，其特征在于，贴袋停止条件为：

技术总结
本发明公开一种无参的二维扫描雷达快速稀疏超分辨成像方法，应用于雷达成像技术领域，针对现有技术在提高实孔径雷达在方位向和俯仰方向上的成像分辨率，存在的复杂度偏高，且需要同时调节两个用户参数，不利于工程实现的问题；本发明首先构建方位‑俯仰二维扫描雷达信号模型；然后，对当前基于加权稀疏协方差估计算法进行二维扩展实现扫描雷达稀疏二维超分辨成像；最后，利用共轭梯度算法和Kronecker积性质，加速迭代估计目标散射和噪声功率，实现扫描雷达的快速稀疏二维超分辨成像。与现有二维超分辨方法相比，不仅具有更低的计算复杂度，而且解决了用户参数选择的问题，鲁棒性更强。

技术研发人员：张寅,杨建宇,罗嘉伟,孙天志,孙震宇,黄钰林,张永超,毛德庆
受保护的技术使用者：电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/6/20