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申请/专利权人：电子科技大学

摘要：本发明公开了一种高速运动平台前视三维超分辨成像方法，首先导出动目标和平台的距离历程，精确描述由高速相对运动引起的前视多普勒相位变化，再采用随机稀疏方位‑俯仰二维扫描策略，减少目标相干处理时间，保证高速运动下距离历程的二次近似准确性，然后基于稀疏扫描矩阵和多普勒相位矩阵，构建稀疏多普勒卷积模型以获得高速平台下的回波精准表征，最后通过迭代噪声方差估计，利用加权最小二乘准则导出自适应迭代估计方法，获得前视超分辨成像结果。本发明的方法解决了高速运动导致的前视方位‑俯仰超分辨性能下降的问题，相比现有方法，能够在高速条件下实现前视三维超分辨成像，同时有效降低了回波维度，提升了前视三维超分辨成像算法效率。

主权项：1.一种高速运动平台前视三维超分辨成像方法，具体步骤如下：步骤一、高速运动平台和运动目标几何建模；在Oxyz坐标系下，设雷达平台在t＝0时位于A点，速度为v，高度为h，沿y轴方向匀速运动；t时刻平台运动至G点；目标点P关于xOy平面的投影为Q点；RP表示初始时刻雷达平台与目标之间的距离，表示目标相对于雷达平台的俯仰角，θP表示目标相对于y轴方向的方位角；则瞬时斜距表达式如下： 设定一近似径向运动的目标t＝0时位于PxP,yP,zP，速度为其中，vx，vy，vz分别表示目标的x轴向、y轴向和z轴向速度；设定一个二维平面阵列雷达在短时间内对前视区域进行随机稀疏扫描；则距离历程表达式如下： 其中，表示稀疏扫描模式下的慢时间；几何关系如下： 则可得： 步骤二、距离历程的二阶近似；对进行泰勒展开，表达式如下： 其中，表示的高阶项；距离历程的二次项以及更高阶项可直接忽略，式4近似为如下表达式： 步骤三、建立连续多普勒相位卷积回波信号模型；设定发射线性调频信号fτ，表达式如下： 其中，τ表示雷达快时间，Tp表示脉冲宽度，rect·表示矩形窗函数，fc表示载频，Kr表示线性调频斜率；考虑线性调频脉冲信号fτ，在脉压和距离徙动校正后，回波信号的表达如下： 其中，θ表示方位角，表示俯仰角，R0表示雷达与目标的初始距离，Ω表示扫描区域，表示Ω内任意一点，σ表示这一点的散射系数；κ表示一个包含各种增益和损失的常数，表示天线方向图函数，函数sinc·为sincx＝sincπxπx，B表示信号带宽，c表示电磁波传播速度，λ表示波长；表示多普勒相位项，表示瞬时斜距；d·,·表示一个依据随机稀疏扫描波位时序构造的映射函数；从式6可知单个距离切片的回波信号是反射系数和被映射的天线方向图的二维矢量卷积，则式8简化表达式如下： 其中，表示卷积运算；再考虑加性噪声，则式8重写表达式如下： 其中，⊙表示哈达玛乘积，P[·]表示脉冲函数，表示接收信号中的噪声成分；步骤四、构造稀疏扫描多普勒相位矩阵；设定表示稀疏扫描的接收信号矢量的第m个距离单元，由表示，[·]T表示矩阵的转置，Ksparse表示稀疏扫描的在方位-俯仰二维空间中的稀疏采样点数；则式10重写为矩阵-矢量形式，表达式如下： 其中，σm表示目标散射系数，em表示噪声的向量形式；表示稀疏扫描天线方向图映射矩阵，由0，1构成，其行序表示波束扫描时序，与一致，它的第k行由个0和一个1构成，其中1表示k时刻在该波位处进行扫描，表示复数集，Nθ表示离散化后方位角的数量，表示离散化后俯仰角的数量；F表示方位俯仰联合导向矩阵；表示稀疏扫描多普勒相位矩阵，表达式如下： 其中，K1、K2表示在两个不同维度上的采样点数量；PRI表示脉冲重复间隔，且PRI＝1PRF，PRF表示脉冲重复频率；将式11改写，表达式如下： 其中，表示方位-俯仰稀疏扫描多普勒导向矩阵，表示的第k列矢量；步骤五、目标散射估计；优化的IAA方法是一种基于加权最小二乘的谱估计方法，其迭代表达式如下： 其中，k＝1,2...,K1,K2，[·]H表示矩阵的共轭转置，表示数据协方差矩阵，表达式如下： 其中，σi表示第i个目标的散射系数；步骤六、噪声方差自适应迭代估计；对14式进行对角加载，表达式如下： 其中，Σ的对角元素，通过迭代地估计噪声功率获得，其过程表达式如下： 其中，表示对目标散射截面积的估计，y表示回波，vk表示单位阵的第k列；每个方向的噪声功率被初始化为0或者一个小常数；最后，通过迭代噪声方差估计，利用加权最小二乘准则导出自适应迭代估计方法，获得前视超分辨成像结果。

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