模糊分量空間角的估計及多通道sar方位解模糊方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于機載多通道SAR寬場景測繪領域，具體涉及一種模糊分量空間角的估 計方法及多通道SAR方位解模糊方法。
【背景技術】
[0002] 在機載合成孔徑雷達成像中，為解決寬測繪帶與方位高分辨率之間的矛盾，國內 外學者主要從兩個方面做了很多研究工作，一方面是SAR解模糊處理技術，另一方面是研 發(fā)更靈活的新SAR系統(tǒng)；通常SAR系統(tǒng)中通常用較低的脈沖重復頻率（PRF)以保證較寬的 范圍內覆蓋率，但方位信號是模糊的，因此解模糊是SAR成像必要。另外，新SAR系統(tǒng)的主 要特征是多個發(fā)送/接收通道和適當的數字信號處理技術的結合。
[0003] 通過分析信號多普勒頻率與空間位置的對應關系，提出采用空域自適應波束形成 (ADBF)技術抑制多普勒模糊，它能夠自適應地對多普勒模糊分量置零。
[0004] 但傳統(tǒng)ADBF技術在協(xié)方差矩陣估計的樣本里同時存在各次模糊分量，會產生信 號相消問題，從而導致自適應濾波器的旁瓣抬高。特別是在載機速度存在誤差時，各次模糊 分量實際空間角與理論值間發(fā)生偏差，導致后續(xù)的目標導引矢量嚴重失配。這都使得后續(xù) SAR方位聚焦性能下降。

【發(fā)明內容】

[0005] 本發(fā)明所要解決的技術問題是：提供一種模糊分量空間角的估計及多通道SAR方 位解模糊方法，解決了傳統(tǒng)方法解方位模糊時系統(tǒng)誤差下ADBF空域協(xié)方差矩陣估計信號 相消和目標導引矢量失配的問題。
[0006] 本發(fā)明為解決上述技術問題，采用如下技術方案：
[0007] 模糊分量空間角的估計方法，
[0008] 首先，對雷達接收的信號進行距離維脈沖壓縮和方向維傅里葉變換獲取雷達各通 道信號距離多普勒圖；然后選取K+1陣元構成M-K個子陣，其中，K為多普勒模糊分量數，M 為空域陣元數，第一個子陣為{1，. . .，K+1}、第二個子陣為{2, . . .K+2}，該方法包括如下步 驟：
[0009] 步驟1、根據如下公式計算各子陣估計的協(xié)方差矩陣的平均值々，
【主權項】
1.模糊分量空間角的估計方法，其特征在于： 首先，對雷達接收的信號進行距離維脈沖壓縮和方向維傅里葉變換獲取雷達各通道信 號距離多普勒圖；然后選取K+1陣元構成M-K個子陣，其中，K為多普勒模糊分量數，M為空 域陣元數，第一個子陣為{1，…，K+1}、第二個子陣為{2, ???K-〗}，該方法包括如下步驟： 步驟1、根據如下公式計算各子陣估計的協(xié)方差矩陣的平均值I，
其中，L為接收信號的樣本數，1為小于等于2L+1的自然數，i為第p個子陣內的距離 單元的序號，P為自然數，H為共軛轉置，Msa=M-K,Xp(i) = [Sp(i, !)，???，Sp+K(i，r)]T為各 子陣接收的第i個距離單元第r個多普勒單元信號的矢量形式； 步驟2、預先設定K個模糊分量的空間角初始值序列0q，根據eq=-(2^1/入）d sin( 0j獲取矢量序列eq，其中q= 1，…，K，令矢量e= [ei，…，eK]，預先設定模糊分 量構成的信號子空間W1= 1，收斂門限值x=0.5,入為雷達發(fā)射信號的波長，d為陣元間 距； 步驟3、根據如下公式計算二次代價函數：
式中WK+1是K個模糊分量構成的信號子空間，且WK+1與！^滿足如下關系：
其中 P=f/ ^ ，P中零行向量為lX(K+l)，UKX_SlUfK+gi^^$4 uKX_矩陣中行列號相同的元素為1，其余的元素為〇 ; 步驟4、根據步驟2中的初始值執(zhí)行步驟3,計算二次代價函數的初始函數值 步驟5、計算第k個模糊分量的空間角，具體過程如下： 步驟5. 1、將矢量序列e中的元素進行重新排序，得到e= [Si，…，ek+1，《" ，eK，ek]，根據調整后的e和1利用公式巧計算巧，再由公式
辱到估計的&，將&值代替e中ek值； 步驟5. 2,直復步驟5.1,估計所有e值，得到全部元素更新后的e矢量序列； 步驟6、應用步驟5得到的更新后的e矢量序列重復執(zhí)行步驟3得到更新后的代價函 數值C1; 步驟7、判斷門限值;是否大于初始門限值x，如果^^z，令Q=Ci，然后 執(zhí)行步驟5和步驟6,否則執(zhí)行步驟8 ; 步驟8、根據如下公式計算第k個模糊分量的空間角：ek=-(2Ji/A)dsin(Qk); 步驟9 :重復步驟8,得到所有模糊分量的空間角。
2. 根據權利要求1所述模糊分量空間角的估計方法，其特征在于：所述獲取雷達各通 道信號距離多普勒圖采用如下方法： 步驟A、根據如下公式對雷達第m通道接收信號進行距離維脈沖壓縮：
其中，t為方位向時間，t為距離向時間，Nr為距離維采樣點數,Na為方位合成孔徑脈 沖數，FFTt和〃77；,分別表示關于距離向t的傅里葉變換和關于距離頻域的傅里葉逆變 換，
，&為發(fā)射脈沖信號的調頻斜率； 步驟B、根據如下公式將距離維脈沖壓縮后的信號逐距離單元進行方向維快速傅里葉 變換，獲取距離多普勒圖： Sm(x,f) =FFTt[Sm(x,t)] 其中FFTt表示關于方位向時間t的傅里葉變換。
3. 基于權利要求1所述模糊分量空間角的估計方法的多通道SAR方位解模糊方法，其 特征在于：包括如下步驟： 步驟a、獲取各多普勒單元的K個多普勒模糊分量的空間角0,、02、……0K; 步驟b、根據如下公式計算第k個模糊分量的歸一化空域導引矢量：
構建第k個多普勒模糊分量的協(xié)方差矩陣瓦，并計算相應的ADBF權值；其ADBF權值 滿足如下公式：
協(xié)方差矩陣瓦滿足：
其中，〇 〇為加載的噪聲功率，I為MXM的單位矩陣； 步驟c、根據如下公式計算第k個多普勒模糊分量的ADBF權值：
步驟d、將M個陣元接收的第i個距離單元第r個多普勒單元信號寫成矢量形式為： Y= [S^i.r), ???,SM(i,r)]T 步驟e、根據如下公式獲取第k個多普勒模糊分量信號已;k: Pr；k=WkHY 步驟f、對第i個距離單元中逐多普勒單元分別提取第k個多普勒模糊分量信號并記 為p(k)，p(k) =[Pi;k，…，pNa;k]，然后根據不同多普勒頻率對應的模糊分量信號依次排列， 得到解模糊后的第i個距離單元全帶寬多普勒頻率數據S(i，fa)，即： s(i，fa) = [P(l)，...，P(K)] 步驟g、逐距離單元重復步驟b~步驟f得到多普勒解模糊后的數據S(t，fa)，并對其 進行方位合成孔徑處理，獲得SAR圖像。
4. 根據權利要求3所述模糊分量空間角的估計方法的多通道SAR方位解模糊方法，其 特征在于： 所述步驟a應用權利要求1的方法獲取各多普勒單元的K個多普勒模糊分量的空間角 Q Q ...... Q
5. 根據權利要求3所述模糊分量空間角的估計方法的多通道SAR方位解模糊方法，其 特征在于：所述步驟b中，〇e10 '
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種模糊分量空間角的估計及多通道SAR方位解模糊方法，解決了傳統(tǒng)方法解方位模糊時系統(tǒng)誤差下ADBF空域協(xié)方差矩陣估計信號相消和目標導引矢量失配的問題，首先構建多通道SAR回波信號模型，再對距離維脈沖壓縮后的回波信號逐距離單元進行快速傅里葉變換(FFT)，其次利用NSIT實時準確估計各多普勒模糊分量的空間角，進而基于各模糊分量的空域信息輔助設計空間濾波器，并依次提取各多普勒模糊分量，最后拼接成完整的無模糊信號，達到解方位模糊目的。本方法有效解決了因ADBF協(xié)方差矩陣估計的樣本中同時存在各次模糊分量帶來的信號相消問題；且模糊分量的抑制得到了很大的提高。
【IPC分類】G01S13-90, G01S3-14
【公開號】CN104698431
【申請?zhí)枴緾N201510114770
【發(fā)明人】沈明威, 楊柳, 于佳, 胡佩
【申請人】河海大學
【公開日】2015年6月10日
【申請日】2015年3月17日