一種高分辨距離像的獲取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種高分辨距離像的獲取方法，屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 雷達(dá)一般采用脈沖壓縮技術(shù)實(shí)現(xiàn)距離上的高精度分辨，從而獲得高分辨一維距離 像（HRRP)。具有較大時寬與帶寬積的信號可以兼顧能量與距離分辨力。如何進(jìn)一步采用提 高距離上的分辨率對于采用一維距離像進(jìn)行目標(biāo)識別具有重要意義。當(dāng)系統(tǒng)的設(shè)計帶寬一 定，分辨率越高，從一維距離像提取到的目標(biāo)特征就越多。對于目標(biāo)識別而言，更多的特征 意味著更好的識別效果。
[0003] 目前的距離維的超分辨技術(shù)一般采用MUSIC方法、Prony方法等，這些方法的缺點(diǎn) 在于模型的使用需要實(shí)現(xiàn)定階。定階即確定模型的階數(shù)，這對于未知目標(biāo)特性而言無法實(shí) 現(xiàn)。而傳統(tǒng)的脈沖壓縮或者Dechirp技術(shù)往往由于分辨能力受到限制而達(dá)不到理想的性 能。因此采用合適的技術(shù)實(shí)現(xiàn)距離上的高分辨性能具有重要意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明針對調(diào)頻連續(xù)波發(fā)射的雷達(dá)，提供了一種高分辨距離像的獲取方法，采用 Dechirp技術(shù)實(shí)現(xiàn)接收連續(xù)波信號向頻域變換，并利用Capon方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)散射點(diǎn)在距離 上的分辨，從而獲得目標(biāo)的高分辨HRRP。
[0005] 為達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：
[0006] -種高分辨距離像的獲取方法，包括以下步驟：
[0007] (1)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號，
[0008] 雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號s (t)，具有如下形式：
[0009] s (t) = exp {j (2 n f〇t+0. 5 μ t2)} (I)
[0010] 其中，f。為載頻，t為時間變量，μ為帶寬與脈寬的比，exp{j( · )}為復(fù)數(shù)表示；
[0011] ⑵接收回波信號，
[0012]
(2)
[0013] 其中，y(t)為回波信號，N表示散射點(diǎn)個數(shù)，τ i為第i個散射點(diǎn)的時延，a i為散 射點(diǎn)復(fù)包絡(luò)，n(t)為高斯白噪聲；
[0014] (3)進(jìn)行 Dechirp 處理，
[0015] Dechirp處理采用如下核函數(shù)u (t)實(shí)現(xiàn)：
[0016] u (t) = exp {-j2 n (f〇t+0. 5 μ t2)} (3)
[0017] 對回波信號y(t)進(jìn)行Dechirp變換形式如下：
[0018]
(4)
[0019] 其中，z(t)為y(t)經(jīng)Dechirp變換后得到的信號，[·Γ表示共輒運(yùn)算；
[0020] (4)采用Capon譜計算HRRP，得到：
[0021] (6)：
[0022] 其中，P為高分辨距離像，
[0023] Α(ω) = Ea(CO0)ja(CO1), ...，a(coK J]，《⑷=Il…e"'lr，CO1 為第 i 個 離散角頻率，K為離散角頻率的個數(shù)，
[0024] [ · ]τ為轉(zhuǎn)置運(yùn)算，[· ] H表示共輒轉(zhuǎn)置，
[0025] R為信號z(t)的自相關(guān)矩陣，采用下式計算：
[0026] R = E [VVH] (7)
[0027] 式（7)中，Ε[·]為數(shù)學(xué)期望，向量V具有如下形式：
[0028] (S)
[0029] 其中，L 為采樣點(diǎn)數(shù)，ζ (-L+1)，ζ (-L+2)，……，z (0)，ζ (1)，……，ζ (Μ-1)為經(jīng)過 Dechirp處理的信號ζ (t)的離散時間序列，M為時延。
[0030] 本發(fā)明用于雷達(dá)高分辨一維距離像形成，由于引入的Capon方法不用事先定階等 處理，具有良好的應(yīng)用前景。
【附圖說明】
[0031] 圖1為本發(fā)明的高分辨距離像獲取方法流程圖；
[0032] 圖2為本發(fā)明的實(shí)施例采用常規(guī)的Dechirp處理獲得的HRRP性能；
[0033] 圖3為本發(fā)明的實(shí)施例采用本發(fā)明的Dechirp+Capon方法獲得的HRRP性能。
【具體實(shí)施方式】
[0034] 現(xiàn)結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0035] 本發(fā)明的采用線性調(diào)頻連續(xù)波發(fā)射信號，結(jié)合Dechirp變換與Capon技術(shù)實(shí)現(xiàn)距 離維高分辨一維距離像的原理框圖如圖1所示。
[0036] 該方法包含步驟主要如下：
[0037] (1)發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號
[0038] 雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號s (t)，具有如下形式：
[0039] s (t) = exp {j (2 n f〇t+0. 5 μ t2)} (I)
[0040] 其中，f。為載頻，t為時間變量，μ為帶寬與脈寬的比，exp{j( · )}為復(fù)數(shù)表示， 設(shè)調(diào)頻連續(xù)波的調(diào)制周期為T。
[0041] ⑵接收回波信號 CN 105137426 A 仇叱卞> 3/4 頁
[0042]
(2)
[0043] 其中，y(t)為回波信號，N表示散射點(diǎn)個數(shù)，τ i為第i個散射點(diǎn)的時延，a i為散 射點(diǎn)復(fù)包絡(luò)，n(t)為高斯白噪聲。
[0044] (3)傳統(tǒng)的 Dechirp 處理
[0045] Dechirp技術(shù)采用如下核函數(shù)u⑴實(shí)現(xiàn)：
[0046] u (t) = exp {-j2 n (f〇t+0. 5 μ t2)} (3)
[0047] 對回波信號y(t)進(jìn)行Dechirp變換形式如下：
[0048]
_(4)
[0049] 其中，z(t)為y(t)經(jīng)Dechirp變換后得到的信號，[·Γ表示共輒運(yùn)算。
[0050] 傳統(tǒng)的Dechirp處理采用傅里葉變換求取距離頻譜，距離頻譜可以直接與距離門 對應(yīng)：
[0051]
(?)
[0052] 式中，υ(ω)為距離頻譜，ω為模擬角頻率。
[0053] (4)距離維Capon譜計算
[0054] 在本發(fā)明中不采用式（5)的傅里葉變換的方法求取距離維的頻率而計算HRRP，而 采用Capon譜估計計算HRRP，該方法可以利用Capon譜的高分辨性能提高HRRP的分辨率：
[0055] (6)
[0056] 式中，P為高分辨距離像，
[0057] Α(ω) = [a(co0)，a(Wl)，…，Ei(Co i),…，a(coK 丄)]，(i =〇, 1，……，K-l)，ω i為第i個離散角頻率，K為離散角頻率的個數(shù)，
[0058] [ · Γ為轉(zhuǎn)置運(yùn)算，[· ] H表示共輒轉(zhuǎn)置，
[0059] R為信號z(t)的自相關(guān)矩陣，采用下式計算：
[0060] R = E [VVH] (7)
[0061] 式（7)中，Ε[·]為數(shù)學(xué)期望，向量V具有如下形式：
[0062]
(8)
[0063] 其中，L 為采樣點(diǎn)數(shù)，ζ (-L+1)，ζ (-L+2)，……，z (0)，ζ (1)，……，ζ (Μ-1)為經(jīng)過 Dechirp處理的信號ζ (t)的離散時間序列，M為時延。
[0064] 現(xiàn)通過計算機(jī)仿真驗(yàn)證本發(fā)明方法的效果。仿真的目標(biāo)存在兩個散射點(diǎn)，散射點(diǎn) 所處的距離門位置分別為88,96,兩個散射點(diǎn)系數(shù)的強(qiáng)度分別為0.6e Xp{-jl.4}和1。發(fā)射 調(diào)頻連續(xù)波的調(diào)頻帶寬為50MHz，采樣率為200MHz，調(diào)頻周期20 μ s，信噪比30dB。觀察的 距離門取200個，Capon算法自相關(guān)矩陣維數(shù)取值為512。采用常規(guī)的Dechirp處理獲得的 HRRP如圖2所示，兩個散射點(diǎn)并未明顯的分開。采用本發(fā)明的Dechirp+Capon方法獲得的 HRRP見圖3所示，可見本發(fā)明方法可以有效地區(qū)分兩個散射點(diǎn)，具有更好的特征提取能力。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種高分辨距離像的獲取方法，其特征在于，包括以下步驟： (1) 發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波信號， 雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻連續(xù)波信號S (t)，具有如下形式： s (t) = exp {j (2nf〇t+0. 5 y t2)} (I) 其中，fc為載頻，t為時間變量，y為帶寬與脈寬的比，exp {j( ? )}為復(fù)數(shù)表示； (2) 接收回波信號，其中，y(t)為回波信號，N表示散射點(diǎn)個數(shù)，T1為第i個散射點(diǎn)的時延，a為散射點(diǎn) 復(fù)包絡(luò)，n(t)為高斯白噪聲； (3) 進(jìn)行Dechirp處理， Dechirp處理采用如下核函數(shù)u (t)實(shí)現(xiàn)： u (t) = exp {-j2n(f〇t+0. 5 y t2)} (3) 對回波信號y(t)進(jìn)行Dechirp變換形式如下： z(/)-其中，z(t)為y(t)經(jīng)Dechirp變換后得到的信號，[?]$表示共輒運(yùn)算； (4) 采用Capon譜計算HRRP，得到：其中，P為高分辨距離像， △ (?) =[&(?。)，&(?1)，一，&(^1)]，《(?,.>= [16'~#_|]「》?;為第；[個離散角頻率，K為離散角頻率的個數(shù)， [? ]T為轉(zhuǎn)置運(yùn)算，[? ] H表示共輒轉(zhuǎn)置， R為信號z(t)的自相關(guān)矩陣，采用下式計算： R = E [VVH] (7) 式（7)中，E[_]為數(shù)學(xué)期望，向量V具有如下形式：其中，L 為采樣點(diǎn)數(shù)，z (-L+1)，z (-L+2)，......，z (0)，z (1)，......，z (M-I)為經(jīng)過 Dechirp 處理的信號z (t)的離散時間序列，M為時延。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種高分辨距離像的獲取方法，針對調(diào)頻連續(xù)波發(fā)射的雷達(dá)，采用Dechirp技術(shù)實(shí)現(xiàn)接收連續(xù)波信號向頻域變換，并利用Capon方法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)散射點(diǎn)在距離上的分辨，從而獲得目標(biāo)的高分辨HRRP。本發(fā)明方法可用于雷達(dá)高分辨一維距離像形成，由于引入的Capon方法不用事先定階等處理，具有良好的應(yīng)用前景。
【IPC分類】G01S13/89
【公開號】CN105137426
【申請?zhí)枴緾N201510481993
【發(fā)明人】王峰, 蔣德富
【申請人】河海大學(xué)
【公開日】2015年12月9日
【申請日】2015年8月7日