本發(fā)明屬于數(shù)字信號(hào)處理
技術(shù)領(lǐng)域：
，特別涉及一種雷達(dá)多普勒波束銳化的優(yōu)化方法，是一種基于成像波束寬、作用距離遠(yuǎn)的彈載多普勒波束銳化(dbs)方法，適用于彈載雷達(dá)對(duì)海/地面場(chǎng)景的多目標(biāo)分辨實(shí)時(shí)成像。
背景技術(shù)：
：隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步發(fā)展，現(xiàn)代電子化、信息化戰(zhàn)爭(zhēng)對(duì)于現(xiàn)代雷達(dá)提出越來(lái)越高的要求，高速、高分辨力和高命中精度已成為精確制導(dǎo)的導(dǎo)彈武器系統(tǒng)發(fā)展方向，多普勒波束銳化(dbs)因具有全天候、全天時(shí)工作等特點(diǎn)，已成為眾多精確制導(dǎo)探測(cè)技術(shù)中常用的一種方式。多普勒波束銳化(dbs)是一種能實(shí)時(shí)提供大面積的中等分辨率海面圖像或地面圖像的成像技術(shù)，因該技術(shù)具有運(yùn)算負(fù)荷較低、實(shí)時(shí)性較強(qiáng)、成像視角范圍較寬的優(yōu)勢(shì)，所以無(wú)論在軍事還是在民用上都有非常重要的作用。目前提出的多普勒波束銳化(dbs)方法主要有：楊波在“機(jī)載雷達(dá)多普勒波束銳化算法改進(jìn)，現(xiàn)代雷達(dá)，2008,30(11)：53-55”提出用改進(jìn)的頻率響應(yīng)(fr)濾波取代快速傅里葉變換(fft)形式進(jìn)行多普勒波束銳化方法，然而此方法要求系統(tǒng)分階段調(diào)整脈沖重復(fù)頻率和相干積累脈沖個(gè)數(shù)，對(duì)雷達(dá)收發(fā)系統(tǒng)和信號(hào)實(shí)時(shí)處理的要求比較高，在彈載平臺(tái)上工程實(shí)現(xiàn)比較困難。張輝等人在“dbs成像技術(shù)在毫米波雷達(dá)導(dǎo)引頭中的應(yīng)用，火控雷達(dá)技術(shù)，2014,43(2)：30-34”中提出基于specan算法的dbs方法，此方法通過(guò)脈沖壓縮得到一維距離向圖，再通過(guò)方位向距離走動(dòng)校正和fft處理得到距離多普勒二維dbs圖像；然而此方法卻只適用于作用距離近的情況。現(xiàn)代彈載雷達(dá)多普勒波束銳化(dbs)要求雷達(dá)能在作用距離遠(yuǎn)、成像波束寬的情況下為系統(tǒng)提供質(zhì)量較好的圖像，而以上兩種方法都不能滿足此要求；此外，以上兩種方法在設(shè)計(jì)系統(tǒng)參數(shù)脈沖重復(fù)頻率時(shí)，都只考慮了多普勒波束銳化(dbs)全程不模糊的情況，也都避開(kāi)了距離模糊和高度雜波的影響，所以都沒(méi)有去除高度雜波的操作；因此在成像波束寬的條件下，以上兩種方法產(chǎn)生的多普勒波束銳化(dbs)作用距離都很近，現(xiàn)階段實(shí)用性都不大，且都對(duì)系統(tǒng)硬件平臺(tái)要求高，工程上也都難以實(shí)現(xiàn)。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提出一種彈載雷達(dá)多普勒波束銳化方法，該種雷達(dá)多普勒波束銳化方法針對(duì)現(xiàn)有方法dbs作用距離近、應(yīng)用范圍小的不足，在保證雷達(dá)成像質(zhì)量的情況下，以成像波束寬、作用距離遠(yuǎn)為應(yīng)用背景，調(diào)整參數(shù)設(shè)計(jì)方式，擴(kuò)大應(yīng)用范圍，能夠滿足實(shí)際應(yīng)用中對(duì)雷達(dá)作用距離和實(shí)時(shí)性的要求。本發(fā)明的主要思路：根據(jù)雷達(dá)固有參數(shù)和技術(shù)要求，設(shè)計(jì)合理的dbs脈沖重復(fù)頻率和脈沖積累時(shí)間；鑒于參數(shù)設(shè)計(jì)階段無(wú)法在時(shí)域上消除高度雜波，利用重頻不變快速傅里葉變換(fft)法在信號(hào)處理階段消除高度雜波；最后對(duì)雷達(dá)成像場(chǎng)景進(jìn)行dbs成像。為達(dá)到上述技術(shù)目的，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)。一種雷達(dá)多普勒波束銳化的優(yōu)化方法，包括以下步驟：步驟1，確定雷達(dá)，雷達(dá)采樣頻率為fs，雷達(dá)在其檢測(cè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射脈沖，且雷達(dá)檢測(cè)區(qū)域內(nèi)存在若干個(gè)目標(biāo)，然后確定脈沖重復(fù)頻率prf；設(shè)定雷達(dá)對(duì)其檢測(cè)區(qū)域進(jìn)行掃描的方位角掃描范圍，并根據(jù)所述方位角掃描范圍計(jì)算得到z幀子圖，z為大于0的正整數(shù)；初始化：令z∈{1,2,…,z}，z為子圖總幀數(shù)，z的初始值為1；分別確定方位向采樣點(diǎn)數(shù)n和距離向采樣點(diǎn)數(shù)m，且每一幀子圖分別包含n個(gè)脈沖；m、n分別為大于0的正整數(shù)；每幀子圖的方位維表示該幀子圖的方位單元，每幀子圖的距離維表示該幀子圖的距離單元；；步驟2，對(duì)第z幀子圖通過(guò)雷達(dá)采樣頻率為fs、距離向采樣點(diǎn)數(shù)為m的采樣后，得到第z幀子圖包含m個(gè)距離單元、n個(gè)方位單元的n×m維回波信號(hào)矩陣sr[n,m]，然后對(duì)所述n×m維回波信號(hào)矩陣sr[n,m]進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到脈沖壓縮處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc[n,m]；其中，n表示方位向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的方位單元總個(gè)數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；m表示距離向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的距離單元總個(gè)數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；步驟3，對(duì)脈沖壓縮處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc[n,m]進(jìn)行高度雜波處理，得到去除高度雜波后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc2[n,m]；步驟4，對(duì)去除高度雜波后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc2[n,m]進(jìn)行多普勒中心頻率估計(jì)，得到第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率步驟5，根據(jù)第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率對(duì)去除高度雜波后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc2[n,m]進(jìn)行距離走動(dòng)校正處理，得到距離走動(dòng)校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc3[n,m]；步驟6，對(duì)距離走動(dòng)校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc3[n,m]進(jìn)行掃描角中心補(bǔ)償，得到掃描角中心補(bǔ)償后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc4[n,m]；步驟7，對(duì)掃描角中心補(bǔ)償后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc4[n,m]進(jìn)行多普勒濾波處理，得到多普勒濾波處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc5[n,m]；步驟8，對(duì)多普勒濾波處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc5[n,m]進(jìn)行幾何形變校正處理，得到幾何形變校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc6[n,m]；步驟9，對(duì)幾何形變校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc6[n,m]進(jìn)行多普勒波束銳化處理，得到多普勒波束銳化處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的結(jié)果數(shù)據(jù)矩陣srz[na',m]，記為第z幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化子圖像數(shù)據(jù)；na'為方位向的插值頻點(diǎn)個(gè)數(shù)，且na'為自然數(shù)；步驟10，令z加1，依次重復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟9，直到得到第z幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化子圖像數(shù)據(jù)，并將此時(shí)得到的第1幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化子圖像數(shù)據(jù)至第z幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化子圖像數(shù)據(jù)分別沿著方位維依次拼接起來(lái)，進(jìn)而得到雷達(dá)成像的多普勒波束銳化圖像矩陣。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，本發(fā)明無(wú)需嚴(yán)格的硬件要求，在放寬參數(shù)設(shè)計(jì)的要求(高度雜波對(duì)參數(shù)設(shè)計(jì)的限制)的情況下，保證測(cè)繪條帶不模糊，簡(jiǎn)單的做距離解模糊操作，加長(zhǎng)了雷達(dá)的作用距離。第二，本發(fā)明相較于傳統(tǒng)的多普勒波束銳化(dbs)算法，可以消除因放寬參數(shù)設(shè)計(jì)的限制條件而引入的高度雜波，擴(kuò)展了多普勒波束銳化(dbs)的應(yīng)用范圍。附圖說(shuō)明下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。圖1是本發(fā)明的一種雷達(dá)多普勒波束銳化的優(yōu)化方法流程圖；圖2是本發(fā)明的多普勒波束銳化(dbs)觀測(cè)幾何圖；圖3是本發(fā)明中的雷達(dá)發(fā)射脈沖和接收回波信號(hào)的時(shí)序約束圖；圖4是本發(fā)明設(shè)計(jì)的脈沖重復(fù)頻率斑馬圖；圖5是本發(fā)明在matlab仿真成像結(jié)果示意圖。具體實(shí)施方式參照?qǐng)D1，為本發(fā)明的一種雷達(dá)多普勒波束銳化的優(yōu)化方法流程圖；其中所述雷達(dá)多普勒波束銳化的優(yōu)化方法，包括以下步驟：步驟1，根據(jù)雷達(dá)固有參數(shù)和技術(shù)要求設(shè)計(jì)脈沖重復(fù)頻率prf和相干積累時(shí)間ts。具體地，確定雷達(dá)，所述雷達(dá)為彈載雷達(dá)，雷達(dá)采樣頻率為fs，雷達(dá)在其檢測(cè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射脈沖，并在a個(gè)脈沖重復(fù)周期后接收回波信號(hào)，記距離模糊次數(shù)為a，a為大于0的正整數(shù)；參照?qǐng)D2，為本發(fā)明的多普勒波束銳化(dbs)觀測(cè)幾何圖，圖2中，雷達(dá)所在平臺(tái)為q，雷達(dá)所在平臺(tái)q在地面的投影為o，以雷達(dá)所在平臺(tái)q在地面的投影o為原點(diǎn)建立三維坐標(biāo)系xoyz，三維坐標(biāo)系xoyz中的xoy平面為地平面或海平面，且xoy平面內(nèi)包含若干個(gè)目標(biāo)；雷達(dá)所在平臺(tái)q以飛行高度h、速度v沿著y軸勻速直線飛行；雷達(dá)包含t個(gè)天線，t為大于0的正整數(shù)，本實(shí)施例中t＝1。雷達(dá)使用t個(gè)天線向其檢測(cè)區(qū)域發(fā)射脈沖，將t個(gè)天線發(fā)射脈沖時(shí)輻射的電磁場(chǎng)隨t個(gè)天線各自方向變化的圖形，記為天線方向圖，所述天線方向圖由輻射強(qiáng)度不同的多個(gè)波束組成，其中天線方向圖上輻射強(qiáng)度最大的波束為主瓣波束，其余為旁瓣波束，在主瓣波束強(qiáng)度最大點(diǎn)處的輻射方向兩側(cè)輻射強(qiáng)度分別降低3db后的兩側(cè)之間夾角為主瓣波束寬度△θ，主瓣波束照射xoy平面的過(guò)程中與xoy平面相交形成的區(qū)域?yàn)橹靼瓴ㄊ丈鋮^(qū)域，主瓣波束照射區(qū)域的中心與雷達(dá)所在平臺(tái)之間的連線為主瓣波束中心線，主瓣波束中心線在xoy平面的投影與y軸的夾角為主瓣波束中心方位角θc，主瓣波束中心線與xoy平面的夾角為主瓣波束中心俯仰角根據(jù)雷達(dá)的檢測(cè)區(qū)域，選取一個(gè)能夠覆蓋xoy平面內(nèi)多個(gè)目標(biāo)各自分布范圍對(duì)應(yīng)的主瓣波束照射區(qū)域，記為雷達(dá)成像場(chǎng)景；雷達(dá)成像場(chǎng)景中的主瓣波束與xoy平面相交處對(duì)應(yīng)的徑向距離最小點(diǎn)為近距離點(diǎn)rmin，雷達(dá)成像場(chǎng)景中的主瓣波束與xoy平面相交處對(duì)應(yīng)的徑向距離最大點(diǎn)為遠(yuǎn)距離點(diǎn)rmax，遠(yuǎn)距離點(diǎn)rmax與近距離點(diǎn)rmin的差為距離向測(cè)繪帶寬wr，距離向測(cè)繪帶寬wr內(nèi)包含若干個(gè)目標(biāo)，選取其中任意一個(gè)目標(biāo)，取該目標(biāo)上的任意一點(diǎn)，記為點(diǎn)p，r為點(diǎn)p的徑向距離，為點(diǎn)p的俯仰角，θ為點(diǎn)p的方位角。根據(jù)雷達(dá)固有參數(shù)和技術(shù)要求設(shè)計(jì)脈沖重復(fù)頻率prf和相干積累時(shí)間ts，其具體過(guò)程為：(1a)脈沖重復(fù)頻率prf設(shè)計(jì)應(yīng)滿足以下要求：參照?qǐng)D3，為本發(fā)明中的雷達(dá)發(fā)射脈沖和接收回波信號(hào)的時(shí)序約束圖；本發(fā)明雷達(dá)發(fā)射和接收信號(hào)的時(shí)序約束圖，tp為雷達(dá)發(fā)射脈沖的脈沖時(shí)寬，c為光速,pri為脈沖重復(fù)周期，pri＝1/prf，prf為脈沖重復(fù)頻率，τp為雷達(dá)接收回波的保護(hù)時(shí)間。(1a1)距離不模糊：本發(fā)明多普勒波束銳化(dbs)在60km以外工作，作用距離較遠(yuǎn)，主瓣波束寬至5°以上；雷達(dá)在其檢測(cè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射脈沖，并在a個(gè)脈沖重復(fù)周期后接收回波信號(hào)，a為大于0的正整數(shù)；因此脈沖重復(fù)頻率prf的取值應(yīng)保證距離向測(cè)繪帶寬wr內(nèi)所有被波束照射到的目標(biāo)的回波信號(hào)落在同一個(gè)脈沖重復(fù)周期pri內(nèi)，pri＝1/prf，即距離向測(cè)繪帶寬不模糊；所述脈沖重復(fù)頻率prf，其計(jì)算公式如下：(1a2)方位不模糊：為防止主瓣波束對(duì)應(yīng)的回波信號(hào)多普勒頻率混疊，脈沖重復(fù)頻率prf應(yīng)大于主瓣波束多普勒帶寬△fd，即：(1a3)發(fā)射脈沖不遮擋：確定雷達(dá)，所述雷達(dá)為彈載雷達(dá)，雷達(dá)在其檢測(cè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射脈沖，設(shè)雷達(dá)在第a+1個(gè)脈沖重復(fù)周期時(shí)開(kāi)始接收回波信號(hào)，即距離模糊次數(shù)為a；為保證距離向測(cè)繪帶寬wr內(nèi)所有被波束照射到的目標(biāo)的回波信號(hào)都落在同一個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)，近距離點(diǎn)rmin與遠(yuǎn)距離點(diǎn)rmax之間的回波信號(hào)時(shí)延差小于一個(gè)脈沖重復(fù)周期，即：滿足以上三個(gè)約束條件，(1a1)和(1a2)先確定脈沖重復(fù)頻率prf的上限和下限，根據(jù)(1a3)畫出斑馬圖，參照?qǐng)D4，為本發(fā)明設(shè)計(jì)的脈沖重復(fù)頻率斑馬圖，如圖4所示，在空白處選擇一個(gè)合理的脈沖重復(fù)頻率prf值；本實(shí)施例取經(jīng)驗(yàn)值13khz。由于雷達(dá)作用距離遠(yuǎn)，雷達(dá)發(fā)射的脈沖能量發(fā)生衰減，雷達(dá)所在平臺(tái)投影到xoy平面的點(diǎn)的回波信號(hào)從旁瓣波束進(jìn)入回波信號(hào)時(shí)影響dbs的成像質(zhì)量，因此本發(fā)明雷達(dá)所在平臺(tái)q投影到xoy平面的點(diǎn)的回波信號(hào)為彈下點(diǎn)回波，本發(fā)明將該彈下點(diǎn)回波記為高度雜波，且該高度雜波從旁瓣波束進(jìn)入雷達(dá)接收的回波信號(hào)中；由于本發(fā)明在考慮旁瓣波束引入的高度雜波的情況下，無(wú)法取得合理的脈沖重復(fù)頻率prf，所以本發(fā)明在設(shè)計(jì)脈沖重復(fù)頻率prf時(shí)不考慮高度雜波的影響。(1b)相干積累時(shí)間ts應(yīng)滿足點(diǎn)能夠進(jìn)行相干積累的條件。以點(diǎn)p為例，假設(shè)在相干積累時(shí)間內(nèi)主瓣波束始終能照射到點(diǎn)p，且雷達(dá)在其檢測(cè)區(qū)域內(nèi)發(fā)射脈沖，所述脈沖為雷達(dá)發(fā)射的是載頻為fc、快時(shí)間為t、復(fù)包絡(luò)為a(t)的線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)st，st＝a(t)×exp(j2πfct)。設(shè)第n個(gè)相干積累脈沖的慢時(shí)間為tn，tn＝npri，為相干積累脈沖個(gè)數(shù)，r(tn)為點(diǎn)p在第n個(gè)相干積累脈沖的慢時(shí)間tn時(shí)刻的徑向距離，exp為指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)單位；進(jìn)而得到點(diǎn)p的回波信號(hào)sr(t,tn)，其表達(dá)式為：設(shè)r0為雷達(dá)與點(diǎn)p之間的初始斜距，根據(jù)余弦定理計(jì)算得到點(diǎn)p在第n個(gè)相干積累脈沖的慢時(shí)間tn時(shí)刻的徑向距離r(tn)，其表達(dá)式為：用泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)，得到點(diǎn)p在第n個(gè)相干積累脈沖的慢時(shí)間tn時(shí)刻的徑向距離r(tn)的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式r(tn)'，其表達(dá)式為：此處將點(diǎn)p在第n個(gè)相干積累脈沖的慢時(shí)間tn時(shí)刻的徑向距離r(tn)的泰勒級(jí)數(shù)展開(kāi)式r(tn)'中的三次項(xiàng)及更高次項(xiàng)忽略，并代入點(diǎn)p的回波信號(hào)sr(t,tn)中，計(jì)算得到點(diǎn)p在第n個(gè)相干積累脈沖的慢時(shí)間tn時(shí)刻的回波信號(hào)sr(t,tn)'，其表達(dá)式為：相干積累時(shí)間ts要滿足點(diǎn)p能夠進(jìn)行相干積累的條件，即點(diǎn)p在第n個(gè)相干積累脈沖的慢時(shí)間tn時(shí)刻的回波信號(hào)sr(t,tn)'中的二次相位項(xiàng)不超過(guò)±π，所以相干積累時(shí)間ts滿足如下條件：其中，λ為雷達(dá)發(fā)射脈沖的波長(zhǎng)，fc為雷達(dá)發(fā)射脈沖的載頻；r0為雷達(dá)與點(diǎn)p之間的初始斜距，即所以相干積累時(shí)間ts滿足如下條件：根據(jù)以上條件，確定相干積累時(shí)間ts的取值范圍，并由此確定相干積累脈沖個(gè)數(shù)n'，n'為2的冪，pri為脈沖重復(fù)周期；進(jìn)而對(duì)應(yīng)得到方位向采樣點(diǎn)數(shù)為n；方位向采樣點(diǎn)數(shù)與脈沖積累個(gè)數(shù)取值相等。設(shè)定多普勒波束銳化(dbs)作用階段雷達(dá)對(duì)其檢測(cè)區(qū)域，即xoy平面進(jìn)行掃描的方位角掃描范圍為為設(shè)定的最小掃描方位角，為設(shè)定的最大掃描方位角，通常為不大于-35°～35°；進(jìn)而計(jì)算得到z幀子圖，ceil為向上取整函數(shù)，為方位角掃描間隔，△θ為主瓣波束寬度，z為大于0的正整數(shù)。初始化：分別將第z幀子圖的波束中心方位角記為θz，將第z幀子圖的波束中心俯仰角記為z為子圖總幀數(shù)，z的初始值為1，z為大于0的正整數(shù)。根據(jù)相干脈沖積累個(gè)數(shù)為n'，對(duì)應(yīng)得到方位向采樣點(diǎn)數(shù)為n，方位向采樣點(diǎn)數(shù)與脈沖積累個(gè)數(shù)取值相等。確定距離向采樣點(diǎn)數(shù)為m，m為2的冪；第z幀子圖包括n個(gè)脈沖，每一個(gè)脈沖分別為載頻為fc、快時(shí)間為t、復(fù)包絡(luò)為a(t)的線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)；m、n分別為大于0的正整數(shù)；每幀子圖的方位維表示該幀子圖的方位單元，每幀子圖的距離維表示該幀子圖的距離單元。步驟2，對(duì)第z幀子圖通過(guò)雷達(dá)采樣頻率為fs、距離向采樣點(diǎn)數(shù)為m的采樣后，得到第z幀子圖包含m個(gè)距離單元、n個(gè)方位單元的n×m維回波信號(hào)矩陣sr[n,m]，其表達(dá)式為：其中，n表示方位向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的方位單元總個(gè)數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；m表示距離向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的距離單元總個(gè)數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；tm表示第m個(gè)距離單元的采樣時(shí)刻，tm＝m/fs，r(tn)為點(diǎn)p在第n個(gè)相干積累脈沖的慢時(shí)間tn時(shí)刻的徑向距離，tn＝npri，為相干積累脈沖個(gè)數(shù)；c為光速,exp為指數(shù)函數(shù)，j為虛數(shù)單位，fc為雷達(dá)發(fā)射脈沖的載頻，h為雷達(dá)所在平臺(tái)的飛行高度，a()為復(fù)包絡(luò)函數(shù)，exp為指數(shù)函數(shù)，j表示虛數(shù)單位。確定n個(gè)脈沖壓縮濾波器，每個(gè)脈沖壓縮濾波器的系數(shù)都為載頻為fc、快時(shí)間為t、復(fù)包絡(luò)為a(t)的線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)的共軛；使用n個(gè)脈沖壓縮的濾波器對(duì)第z幀子圖包含m個(gè)距離單元、n個(gè)方位單元的n×m維回波信號(hào)矩陣sr[n,m]進(jìn)行脈沖壓縮處理，得到脈沖壓縮處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc[n,m]；其中距離單元個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)第z幀子圖的距離維，方位單元個(gè)數(shù)對(duì)應(yīng)第z幀子圖的方位維。步驟3，由于雷達(dá)成像波束寬(5°及以上)，為滿足使用需求，步驟1中設(shè)計(jì)脈沖重復(fù)頻率prf時(shí)，忽略了高度雜波的影響，而在得到第z幀子圖包含m個(gè)距離單元、n個(gè)方位單元的n×m維回波信號(hào)矩陣sr[n,m]的過(guò)程中引入了旁瓣波束的高度雜波。因此，需要對(duì)旁瓣引入的高度雜波加以處理。對(duì)脈沖壓縮處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc[n,m]進(jìn)行方位快速傅里葉變換fft處理，得到脈沖壓縮處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc1[n,m]，并將脈沖壓縮處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc1[n,m]中零多普勒頻率對(duì)應(yīng)像素點(diǎn)都置為0，即將脈沖壓縮處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc1[n,m]中的第一行元素都置為0，然后再通過(guò)逆快速傅里葉變換ifft從方位頻域回到方位時(shí)域，進(jìn)而得到去除高度雜波后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc2[n,m]。步驟4，用相關(guān)法對(duì)去除高度雜波后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc2[n,m]進(jìn)行多普勒中心頻率估計(jì)，得到第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率當(dāng)雷達(dá)平臺(tái)沿著y軸勻速直線運(yùn)動(dòng)且主瓣波束垂直于y軸照射xoy平面時(shí)對(duì)應(yīng)產(chǎn)生的功率譜，記為多普勒功率譜s0(f)，多普勒功率譜s0(f)關(guān)于零多普勒頻率對(duì)稱，f為多普勒頻率；當(dāng)?shù)趜幀子圖的多普勒中心頻率為fd0時(shí)，對(duì)應(yīng)產(chǎn)生第z幀子圖的多普勒功率譜sb(f)，sb(f)＝s0(f-fd0)，于是根據(jù)sb(f)＝s0(f-fd0)估計(jì)得到第z幀子圖的多普勒中心頻率。為了提高估計(jì)精度，對(duì)第z幀子圖的多普勒功率譜sb(f)進(jìn)行逆快速傅里葉變換ifft，得到第z幀子圖的多普勒中心頻率對(duì)應(yīng)的相關(guān)函數(shù)rb(pri)，其表達(dá)式為：rb(pri)＝r0(pri)×exp(j2πfd0/prf)其中，rb(pri)為多普勒功率譜s0(f)對(duì)應(yīng)的相關(guān)函數(shù)。然后通過(guò)相關(guān)法對(duì)第z幀子圖的多普勒中心頻率對(duì)應(yīng)的相關(guān)函數(shù)rb(pri)的相位進(jìn)行第z幀子圖的多普勒中心頻率估計(jì)；由于方位采樣是離散的，進(jìn)而計(jì)算得到第z幀子圖的多普勒中心頻率fd0的表達(dá)式為：其中，arg為求相角函數(shù)；如果點(diǎn)p的所在第z幀子圖的多普勒中心頻率大于脈沖重復(fù)頻率prf，則第z幀子圖的多普勒中心頻率fd0的表達(dá)式中的脈沖重復(fù)頻率prf存在模糊，根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)給出的多普勒中心粗估計(jì)值fd0_ins進(jìn)行解模糊，得到第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率其表達(dá)式為：其中，round表示取臨近整數(shù)函數(shù)，fd0_ins為根據(jù)慣導(dǎo)數(shù)據(jù)給出的多普勒中心粗估計(jì)值，fd0_ins∈[-prf,prf]。步驟5，根據(jù)第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率對(duì)去除高度雜波后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc2[n,m]進(jìn)行距離走動(dòng)校正處理，得到距離走動(dòng)校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc3[n,m]。具體實(shí)現(xiàn)為：設(shè)定第z幀子圖的相干積累時(shí)間為n×pri，n表示方位向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的方位單元總個(gè)數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；pri為脈沖重復(fù)周期，并將第z幀子圖的相干積累時(shí)間n×pri作為一個(gè)處理周期，采用中間時(shí)刻作為參考點(diǎn)對(duì)去除高度雜波后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc2[n,m]進(jìn)行距離走動(dòng)校正處理。由于此過(guò)程實(shí)際是一延時(shí)過(guò)程，故對(duì)去除高度雜波后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc2[n,m]進(jìn)行距離向快速傅里葉變換fft處理轉(zhuǎn)換到距離頻域，得到去除高度雜波后第z幀子圖的距離頻域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣，然后在距離頻域?qū)⑷コ叨入s波后第z幀子圖的距離頻域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣乘以補(bǔ)償因子進(jìn)行校正，校正之后再進(jìn)行逆快速傅里葉變換ifft回到距離時(shí)域，進(jìn)而得到距離走動(dòng)校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc3[n,m]。其中，所述在距離頻域?qū)⑷コ叨入s波后第z幀子圖的距離頻域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣乘以補(bǔ)償因子進(jìn)行校正，具體為：在距離頻域?qū)⑷コ叨入s波后第z幀子圖的距離頻域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣每一行分別乘以對(duì)應(yīng)補(bǔ)償因子，將第k行對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償因子記為p(ft,k)，其表達(dá)式為：其中，f'為每個(gè)距離單元經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后對(duì)應(yīng)的距離向頻率，k∈{1,2,3,...,n}，n表示方位向采樣點(diǎn)數(shù)，與在距離頻域?qū)⑷コ叨入s波后第z幀子圖的距離頻域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣的總行數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；m表示距離向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的距離單元總個(gè)數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；λ為雷達(dá)發(fā)射脈沖的波長(zhǎng)，c為光速，prf為脈沖重復(fù)頻率，為第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率。步驟6，對(duì)距離走動(dòng)校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc3[n,m]進(jìn)行掃描角中心補(bǔ)償，得到掃描角中心補(bǔ)償后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc4[n,m]。本發(fā)明步驟7用fft法來(lái)實(shí)現(xiàn)多普勒濾波，得到方位向的n點(diǎn)輸出，其中，n點(diǎn)輸出中只有長(zhǎng)為na點(diǎn)的數(shù)據(jù)在對(duì)應(yīng)的成像場(chǎng)景多普勒帶寬內(nèi)，所述長(zhǎng)為na點(diǎn)的數(shù)據(jù)為有效數(shù)據(jù)，記為長(zhǎng)為na點(diǎn)的有效數(shù)據(jù)，該有效數(shù)據(jù)的長(zhǎng)度na為銳化比；所以在步驟7多普勒濾波之前，應(yīng)先做掃描角中心補(bǔ)償，通過(guò)掃描角中心補(bǔ)償操作將長(zhǎng)為na點(diǎn)的有效數(shù)據(jù)搬移到多普勒濾波操作后n點(diǎn)輸出中的前na點(diǎn)或中間na點(diǎn)，然后將所述前na點(diǎn)或中間na點(diǎn)取出，即可得到掃描角中心補(bǔ)償后第z幀子圖的dbs子圖像數(shù)據(jù)。具體實(shí)現(xiàn)為：對(duì)距離走動(dòng)校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc3[n,m]在時(shí)域上乘以補(bǔ)償函數(shù)，即對(duì)距離走動(dòng)校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc3[n,m]的每一列分別乘以對(duì)應(yīng)補(bǔ)償函數(shù)，其中將第m'列對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償函數(shù)記為g(fm'',k')；進(jìn)而得到掃描角中心補(bǔ)償后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc4[n,m]。其中第m'列對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償函數(shù)g(fm'',k')，其表達(dá)式為：fm''為第m'個(gè)距離單元經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后對(duì)應(yīng)的距離向頻率，m'∈{0,1,...,m-1}，k'∈{1,2,.....,n}，m表示距離向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的距離單元總個(gè)數(shù)，以及距離走動(dòng)校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc3[n,m]的總列數(shù)取值分別相等且一一對(duì)應(yīng)；n表示方位向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的方位單元總個(gè)數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；prf為脈沖重復(fù)頻率，為第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率，fs為雷達(dá)采樣頻率。步驟7，在頻域設(shè)置n個(gè)多普勒濾波器，并對(duì)掃描角中心補(bǔ)償后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc4[n,m]進(jìn)行多普勒濾波處理，即對(duì)掃描角中心補(bǔ)償后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位時(shí)域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc4[n,m]進(jìn)行方位向快速傅里葉變換fft處理，進(jìn)而得到多普勒濾波處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc5[n,m]。步驟8，對(duì)多普勒濾波處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc5[n,m]進(jìn)行幾何形變校正處理，得到幾何形變校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc6[n,m]。具體地，本發(fā)明圖像幾何形變主要由距離走動(dòng)校正引入，可視為距離走動(dòng)校正逆過(guò)程；根據(jù)第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率對(duì)多普勒濾波處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc5[n,m]進(jìn)行幾何形變校正處理，得到幾何形變校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc6[n,m]。具體實(shí)現(xiàn)為：對(duì)多普勒濾波處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc5[n,m]進(jìn)行距離向快速傅里葉變換fft，得到多普勒濾波處理后第z幀子圖的距離頻域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣，然后在距離頻域?qū)Χ嗥绽諡V波處理后第z幀子圖的距離頻域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣乘以對(duì)應(yīng)補(bǔ)償因子進(jìn)行校正，再通過(guò)逆快速傅里葉變換ifft回到距離時(shí)域，進(jìn)而得到幾何形變校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc6[n,m]。所述在距離頻域?qū)Χ嗥绽諡V波處理后第z幀子圖的距離頻域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣乘以對(duì)應(yīng)補(bǔ)償因子進(jìn)行校正，具體為：在距離頻域?qū)Χ嗥绽諡V波處理后第z幀子圖的距離頻域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣的每一行分別乘以對(duì)應(yīng)補(bǔ)償因子，其中將第行對(duì)應(yīng)的補(bǔ)償因子記為其表達(dá)式為：△f為雷達(dá)成像場(chǎng)景的多普勒帶寬，△θ1為第z幀子圖的主瓣波束用于雷達(dá)成像的波束寬度，λ為雷達(dá)發(fā)射脈沖的波長(zhǎng)；f'為每個(gè)距離單元經(jīng)過(guò)脈沖壓縮處理后對(duì)應(yīng)的距離向頻率，n表示方位向采樣點(diǎn)數(shù)，與多普勒濾波處理后第z幀子圖的距離頻域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣的總行數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；m表示距離向采樣點(diǎn)數(shù)，與第z幀子圖的距離單元總個(gè)數(shù)取值相等且一一對(duì)應(yīng)；λ為雷達(dá)發(fā)射脈沖的波長(zhǎng)，c為光速，prf為脈沖重復(fù)頻率，為第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率，v為雷達(dá)所在平臺(tái)的速度，為第z幀子圖對(duì)應(yīng)的主瓣波束中心俯仰角，θz為第z幀子圖對(duì)應(yīng)的主瓣波束中心方位角，sin表示求正弦操作，cos表示求余弦操作。步驟9，根據(jù)第z幀子圖無(wú)模糊的精確多普勒中心頻率和銳化比，確定雷達(dá)成像波束對(duì)應(yīng)的na'個(gè)插值頻點(diǎn)，然后使用線性插值的方法對(duì)幾何形變校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc6[n,m]進(jìn)行多普勒波束銳化處理，得到多普勒波束銳化處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的結(jié)果數(shù)據(jù)矩陣srz[na',m]，所述多普勒波束銳化處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的na'×m維結(jié)果數(shù)據(jù)矩陣srz[na',m]為方位向na'點(diǎn)、距離向m點(diǎn)的na'×m維回波信號(hào)矩陣，并將所述多普勒波束銳化處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的na'×m維結(jié)果數(shù)據(jù)矩陣srz[na',m]記為第z幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化dbs子圖像數(shù)據(jù)；其中na'為方位向的插值頻點(diǎn)個(gè)數(shù)，且na'為自然數(shù)；方位向的插值頻點(diǎn)個(gè)數(shù)與銳化比取值相等。步驟9的具體實(shí)現(xiàn)如下：9.1令雷達(dá)成像場(chǎng)景中第z幀子圖內(nèi)第i點(diǎn)處的方位角度θzi，△θ1為第z幀子圖的主瓣波束用于雷達(dá)成像的波束寬度，i的初始值為9.2將第z幀子圖中第i點(diǎn)處的方位角度作為參考點(diǎn)，計(jì)算第z幀子圖中第i點(diǎn)處的方位角度θzi對(duì)應(yīng)的多普勒頻率，然后將第z幀子圖中第i點(diǎn)處的方位角度θzi對(duì)應(yīng)的多普勒頻率作為插值頻點(diǎn)，使用線性插值的方法在幾何形變校正處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的n×m維回波信號(hào)矩陣srpc6[n,m]的方位向上對(duì)應(yīng)獲取第i個(gè)數(shù)據(jù)。9.3令i分別取至重復(fù)子步驟9.2，進(jìn)而對(duì)應(yīng)獲取第個(gè)數(shù)據(jù)至第個(gè)數(shù)據(jù)，即得到na'個(gè)數(shù)據(jù)，并將所述na'個(gè)數(shù)據(jù)作為第z幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化dbs子圖像數(shù)據(jù)，所述第z幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化dbs子圖像數(shù)據(jù)為多普勒波束銳化處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的結(jié)果數(shù)據(jù)矩陣srz[na',m]，所述多普勒波束銳化處理后第z幀子圖的距離時(shí)域、方位頻域的na'×m維結(jié)果數(shù)據(jù)矩陣srz[na',m]為方位向na'點(diǎn)、距離向m點(diǎn)的na'×m維回波信號(hào)矩陣。步驟10，令z加1，依次重復(fù)執(zhí)行步驟2至步驟9，直到得到第z幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化dbs子圖像數(shù)據(jù)，并將此時(shí)得到的第1幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的多普勒波束銳化dbs子圖像數(shù)據(jù)至第z幀子圖在距離時(shí)域、方位頻域?qū)?yīng)的dbs子圖像數(shù)據(jù)分別沿著方位維依次拼接起來(lái)，進(jìn)而得到雷達(dá)成像的多普勒波束銳化dbs圖像矩陣srfinal[na'×z,m]，所述雷達(dá)成像的多普勒波束銳化dbs圖像矩陣為方位向na'×z點(diǎn)、距離向m點(diǎn)的(na'×z)×m維回波信號(hào)矩陣。通過(guò)以下仿真實(shí)驗(yàn)對(duì)本發(fā)明效果作進(jìn)一步驗(yàn)證說(shuō)明。(一)實(shí)驗(yàn)條件實(shí)驗(yàn)所用微機(jī)配置為intel(r)core(tm)i7-4790cpu@3.60ghz，8.00gb內(nèi)存，windows7旗艦版操作系統(tǒng)，編程平臺(tái)為matlabr2015a。dsp為tms320c6678evm，cpu主頻1.0ghz；設(shè)置雷達(dá)參數(shù)，如表1所示。表1波段ku波段主瓣波束中心俯仰角24°prf13khz雷達(dá)發(fā)射脈沖的脈沖時(shí)寬20μs方位角掃描范圍0°～20°主瓣波束寬度5°雷達(dá)所在平臺(tái)速度1300m/s主瓣波束中心線的長(zhǎng)度74km一幀子圖的回波數(shù)據(jù)為128*1024的復(fù)矩陣。(二)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本實(shí)驗(yàn)用構(gòu)造的脈沖壓縮后的海面艦船目標(biāo)的回波數(shù)據(jù)matlab平臺(tái)進(jìn)行信號(hào)處理，參照?qǐng)D5，為本發(fā)明在matlab仿真成像結(jié)果示意圖；從圖5可以看出，對(duì)于距離100米的艦船目標(biāo)，多普勒波束銳化(dbs)能夠很好的將兩個(gè)點(diǎn)目標(biāo)分辨開(kāi)。綜上，本發(fā)明能夠有效進(jìn)行多個(gè)目標(biāo)分辨，作用距離相對(duì)遠(yuǎn)；理論分析和仿真結(jié)果表明，本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，增加了多普勒波束銳化(dbs)去除高度雜波的功能，拓寬了多普勒波束銳化(dbs)的應(yīng)用范圍。綜上所述，仿真實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了本發(fā)明的正確性，有效性和可靠性。顯然，本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對(duì)本發(fā)明進(jìn)行各種改動(dòng)和變型而不脫離本發(fā)明的精神和范圍；這樣，倘若本發(fā)明的這些修改和變型屬于本發(fā)明權(quán)利要求及其等同技術(shù)的范圍之內(nèi)，則本發(fā)明也意圖包含這些改動(dòng)和變型在內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)12