一種掃描雷達角超分辨率方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種掃描雷達角超分辨方法，具體步驟包括：定義自相關(guān)矩陣并進行初始化、構(gòu)造遞歸函數(shù)、求自相關(guān)矩陣的逆矩陣、方位向參數(shù)估計、計算回波自相關(guān)矩陣、判斷是否迭代至收斂狀態(tài)并輸出滿足收斂狀態(tài)的超分辨結(jié)果。本發(fā)明通過采用卷積運算得到方位向信號的自相關(guān)矩陣，并利用自相關(guān)矩陣的塊三對角特性，采用分治即D&C算法實現(xiàn)自相關(guān)矩陣的快速求逆，最后通過迭代方式對目標進行加權(quán)最小二乘估計，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明能夠適應(yīng)較低的信噪比，并且僅用單次掃描數(shù)據(jù)就可以得到魯棒的超分辨成像結(jié)果；同時，大大降低了時間復(fù)雜度，適合實時信號處理。
【專利說明】一種掃描雷達角超分辨率方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，涉及雷達的成像，具體涉及一種掃描雷達角超分辨率 方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 雷達成像技術(shù)憑借其強穿透性、全天候、大動態(tài)范圍和高成像質(zhì)量的優(yōu)點，已成為 當今探測領(lǐng)域不可取代的技術(shù)手段，在民用、軍事等領(lǐng)域都發(fā)揮著越來越重要的作用。掃描 雷達成像是雷達靜止平臺和運動平臺前視的重要成像方式。掃描雷達成像中，距離向可以 通過對線性調(diào)頻信號進行匹配濾波獲得很高的分辨率，然而，方位向的分辨率卻受到實孔 徑長度的限制。
[0003] 針對掃描雷達成像，特別是其中如何提高方位分辨率的問題，文獻"Guan J，Huang Y，Yang J，et al. Improving angular resolution based on maximum a posteriori criterion for scanning radar [C]，'（Radar Conference (RADAR)，2012IEEE. IEEE，2012:0451 -0454.)提出一種貝葉斯框架下的最大后驗解卷積方法，利用回波和噪 聲的統(tǒng)計特性建立最大似然目標函數(shù)，通過迭代實現(xiàn)原始目標場景的復(fù)原，但該方法對噪 聲比較敏感，尤其是低信噪比估計方差較大，甚至出現(xiàn)虛假目標；文獻"Superresolution for Scanning Antenna，'（Radar Conference, 1997, IEEE National, pp: 306-308)提 出了一種SMUSIC算法，這種方法利用多次掃描得到的回波的對其二階統(tǒng)計特性進行 估計，并采用子空間方法對目標進行超分辨，但是這種方法依賴于目標個數(shù)的先驗信 息，并且需要對目標區(qū)域進行多次掃描；文獻"Angular superresolution for real beam radar with iterative adaptive approach，' （Geoscience and Remote Sensing Symposium (IGARSS)，2013, IEEE International，pp: 3100-3103)提出了 一種基于迭代自適 應(yīng)方法（IAA)的角超分辨方法，這種方法僅利用一次掃描回波數(shù)據(jù)就可以得到回波的二階 統(tǒng)計特性，因而具有更低的估計誤差，并且這種方法涉及矩陣相乘以及矩陣求逆運算，極大 的影響了處理結(jié)果的實時性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，研究設(shè)計一種掃 描雷達角超分辨率方法。
[0005] 本發(fā)明解決其技術(shù)問題采用的技術(shù)方案是：一種掃描雷達角超分辨率方法，具體 包括以下步驟：
[0006] A、定義自相關(guān)矩陣并進行初始化：設(shè)某一距離門目標分布為s = (Sl，s2, K，sK)T，其 中K為目標個數(shù)，（·)τ代表共軛轉(zhuǎn)置運算；掃描雷達得到的方位向回波為y = (yi，y2, K，yM) Τ，其中Μ為回波序列長度；天線方向圖向量為h = & h2, Κ，hjτ，其中L為天線方向圖序列 長度；
[0007] 定義方位向信號y的自相關(guān)矩陣為Ri，
[0008] 對Ri進行初始化，初始化i = 1以及Ri = I，即札=I，其中I是單位矩陣；
[0009] B、構(gòu)造遞歸函數(shù)：構(gòu)造遞歸函數(shù)inverse，該函數(shù)的輸入為任意階可逆方陣Z，輸 出為其逆矩陣ΖΛ對遞歸函數(shù)inverse的構(gòu)造具體包括如下分步驟 ：
[0010] 步驟1、構(gòu)造遞歸函數(shù)判斷輸入的可逆方陣z的階數(shù)N與天線方向圖序列h長度L 的關(guān)系，若N < 2L，則對Z按照直接高斯消元法進行求逆，得到其逆矩陣f1 ;
[0011] 否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟2 ;
[0012] 步驟2、對可逆方陣Z進行分塊，分塊為

【權(quán)利要求】
1. 一種掃描雷達角超分辨方法，具體包括以下步驟： A、 定義自相關(guān)矩陣并進行初始化：設(shè)某一距離門目標分布為s = (Sl，s2，…，sK)T，其中 K為目標個數(shù)，（·）τ代表共軛轉(zhuǎn)置運算；掃描雷達得到的方位向回波為y = (yi，y2，…，yM) τ，其中Μ為回波序列長度；天線方向圖向量為h = (k h2,…，hjτ，其中L為天線方向圖序 列長度； 定義方位向信號y的自相關(guān)矩陣為氏， 對Ri進行初始化，初始化i = 1以及Ri = I，即& = I，其中I是單位矩陣； B、 構(gòu)造遞歸函數(shù)：構(gòu)造遞歸函數(shù)inverse，該函數(shù)的輸入為任意階可逆方陣Z，輸出為 其逆矩陣廠1，對遞歸函數(shù)inverse的構(gòu)造具體包括如下分步驟 ： 步驟1、構(gòu)造遞歸函數(shù)判斷輸入的可逆方陣Z的階數(shù)N與天線方向圖序列h長度L的關(guān) 系，若N < 2L，則對Z按照直接高斯消元法進行求逆，得到其逆矩陣Z4 ; 否則，繼續(xù)執(zhí)行步驟2;
I聰9對·?ΠΜ方陣z進行分塊，分塊為 (1) 其中矩陣c為L階方陣，D為LX (N-L)矩陣，E = DH，F(xiàn)為（N-L) X (N-L)矩陣，其中Ν 為可逆方陣Z的階數(shù)，L為天線方向圖序列h的長度； 步驟3、采用直接消元法對C進行求逆得到其逆矩陣Γ1 ; 步驟4、對矩陣D進行分塊，分塊為 D = [X 0] (2) 其中X為L階方陣，0為任意階零矩陣； 步驟5、根據(jù)上述步驟2至4得到的F，Γ1以及X，計算出
(3) 步驟6、對Υ調(diào)用遞歸函數(shù)inverse，得到其逆矩陣Γ1 ; 步驟7、對Γ1進行分塊，分塊為
(4) 其中Μ為L階方陣，N為LX (N-2L)矩陣，P = NH，其中（·）H代表共軛轉(zhuǎn)置運算，Q為 (N-2L) X (N-2L)矩陣； 步驟8、根據(jù)上述步驟2至7得到的Γ1、X、Μ以及N，分別計算 ffi = C^+C^XMX?^1 (5) 以及 ff2 = -c-1 [XM XN] (6) 然后再根據(jù)上述步驟7得到的Γ1，組成矩陣 (7) C、 求自相關(guān)矩陣的逆矩陣：對自相關(guān)矩陣Ri調(diào)用步驟C中所構(gòu)造的遞歸函數(shù)inverse， 得到 D、 方位向參數(shù)估計：將天線方向圖h進行垂直翻褶，得到h'，計算 tm = h' *rm，m = 1，...，M (8) 其中代表線性卷積運算，rm為矩陣R,1的各列； 然后對tm從第L至Μ個元素進行截斷，得到t'm ;最后利用t'm構(gòu)造矩陣 T = [t，" t'2,…，t'J (9)
根據(jù)得到的tm，再結(jié)合步驟B所述的方位向回波y，計算目標分布s的加權(quán)最小二乘估 計 (10) 其中t" k為矩陣T的各行； E、 計算回波自相關(guān)矩陣：根據(jù)步驟E得到的毛構(gòu)造信號自相關(guān)矩陣P = diag (| Si |2, | s212,…，| sK |2)，計算 bk = pk*h，k = 1，...，K (11) 其中Pk為矩陣Ρ的各列，利用bk構(gòu)造矩陣 B = IX，b2,…，bK] (12) 計算 r'm = b' m*h，m = 1，…Μ (13) 其中b'm為矩陣ΒΗ的各列，i = i+1，用r'm構(gòu)造矩陣 氏=[r' d r' 2,…，r' M] (14) F、 判斷是否迭代至收斂狀態(tài)，并輸出滿足收斂狀態(tài)的超分辨結(jié)果：判斷步驟E得到的 氏與前一次迭代結(jié)果Rh是否滿足收斂條件 |R廠 R,.-(15) 其中若i = 2,則Rg為初始值，ε為預(yù)先設(shè)定的閾值，若步驟F得到的氏與前一次迭 代結(jié)果Rh滿足收斂條件式（15)，則輸出超分辨結(jié)果·^ ; 否則，返回步驟C重復(fù)步驟C至F直到滿足收斂條件式（15)，則輸出超分辨結(jié)果4。
【文檔編號】G01S13/89GK104111454SQ201410326124
【公開日】2014年10月22日 申請日期:2014年7月9日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月9日
【發(fā)明者】黃鈺林, 張永超, 李文超, 楊建宇, 王月, 張寅 , 蔣文 申請人:電子科技大學(xué)