一種前向散射雷達陰影逆合成孔徑成像方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種前向散射雷達陰影逆合成孔徑方法，通過與傳統(tǒng)逆菲涅爾變換的成像過程進行等效，確定分?jǐn)?shù)階域參數(shù)，然后對前向散射雷達進行分?jǐn)?shù)階傅里葉變換得到變換結(jié)果，根據(jù)變換結(jié)果提取目標(biāo)陰影輪廓；在分?jǐn)?shù)階域?qū)崿F(xiàn)了前向散射雷達快速及精確的動目標(biāo)陰影輪廓成像，該成像方法較傳統(tǒng)的逆菲涅爾變換法運算速度更快，較傳統(tǒng)的運動補償加快速傅里葉變換法得到的目標(biāo)陰影輪廓更加精確，因此，本發(fā)明的方法更具有魯棒性。
【專利說明】一種前向散射雷達陰影逆合成孔徑成像方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于前向散射雷達【技術(shù)領(lǐng)域】，具體涉及一種基于分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的前向 散射雷達陰影逆合成孔徑成像方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 前向散射雷達是一種特殊配置的雙基地雷達，其可以對穿越收發(fā)基線的運動目標(biāo) 進行檢測、參數(shù)估計和成像。由于目標(biāo)的前向散射雷達截面積較大且與目標(biāo)的表面材料、空 間形狀無關(guān)，因此前向散射雷達具有探測隱身目標(biāo)或小目標(biāo)的能力，這是傳統(tǒng)的單基地雷 達系統(tǒng)所不能比擬的。而且前向散射雷達系統(tǒng)簡單，配置方便，可以通過合理的雷達布局形 成區(qū)域警戒網(wǎng)，實現(xiàn)區(qū)域勢態(tài)感知。20世紀(jì)80年代以來由于隱身飛機的迅速發(fā)展，前向散 射雷達逐漸成為國內(nèi)外的研究熱點，俄羅斯、烏克蘭、波蘭、英國、印度尼西亞及中國的西安 電子科技大學(xué)和北京理工大學(xué)都對前向散射雷達的系統(tǒng)設(shè)計及信號處理方法進行了研究 并有諸多研究成果公開發(fā)表。
[0003] 前向散射雷達的陰影逆合成孔徑成像理論是前向散射雷達信號處理研究的熱點， 傳統(tǒng)的成像算法主要有基于逆菲涅爾變換的成像算法和基于運動補償與快速傅里葉變換 的方法。前者成像精確，但由于需要進行二重積分運算，當(dāng)信號采樣點數(shù)較多時，計算量較 大；同時，在進行實測數(shù)據(jù)處理時，需要基于最小熵法對運動補償參數(shù)進行尋優(yōu)，進一步增 加了成像運算時間，限制了信號的實時性處理。西安電子科技大學(xué)提出了一種基于運動補 償和快速傅里葉變換的前向散射雷達陰影逆合成孔徑成像方法，由于使用快速傅里葉變 換，因此其運算速度較快，但該方法利用相位信息重構(gòu)目標(biāo)的中線像時會在奇偶點出現(xiàn)相 位跳變，進而影響中線像重構(gòu)效果。雖然西安電子科技大學(xué)針對此提出了一種補償方法，但 其前提假設(shè)是目標(biāo)中線像波動方差很小，而這對很多目標(biāo)并不適用。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種前向散射雷達陰影逆合成孔徑方法，可以利 用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換進行快速數(shù)值計算，同時精確重構(gòu)目標(biāo)中線像，對前向散射雷達快速 精確成像處理具有重要意義。
[0005] 本發(fā)明的一種前向散射雷達動目標(biāo)陰影逆合成孔徑成像方法，包括如下步驟：
[0006] 步驟1、對前向散射雷達回波信號采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的成像過程與采用逆菲 涅爾變換的成像過程進行等效，獲得使上述兩種成像過程等效的條件，即為：輸入等效條 件、變換參數(shù)等效條件以及變換結(jié)果中幅度和相位的等效條件，具體為：
[0007] 傳統(tǒng)的基于逆菲涅爾變換的陰影逆合成孔徑成像過程如下式表示：
[0008]

【權(quán)利要求】
1. 一種前向散射雷達動目標(biāo)陰影逆合成孔徑成像方法，其特征在于，包括如下步驟： 步驟1、對前向散射雷達回波信號采用分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的成像過程與采用逆菲涅爾 變換的成像過程進行等效，獲得使上述兩種成像過程等效的條件，即為：輸入等效條件、變 換參數(shù)等效條件以及變換結(jié)果中幅度和相位的等效條件，具體為： 傳統(tǒng)的基于逆菲涅爾變換的陰影逆合成孔徑成像過程如下式表示：
(5) 其中，
，表示根 據(jù)菲涅爾衍射得到的前向散射雷達的回波信號；
表示目標(biāo)復(fù)輪廓函數(shù)，
X' y' z' 表示以目標(biāo)中心點為原點的局部坐標(biāo)系；
和
分別 表示目標(biāo)中心點到發(fā)射機和接收機的距離，（Xp，yp，Zp)為目標(biāo)的中心點在全局坐標(biāo)系中的 坐標(biāo)；L為基線長度；TS表示相參累計時間；ε(χ'，z')為假定目標(biāo)垂直穿越基線時刻的 目標(biāo)陰影輪廓S的指示函數(shù)，且

其中， ，A為回波信號幅度，Φ為目 ，丨 標(biāo)與基線夾角，dT和dK分別表示目標(biāo)在穿越基線時刻到發(fā)射機和接收機的距離；λ表示回 波信號波長； γ = 2Ω2ν2--η2Φ表示目標(biāo)中心點的多普勒頻率變化率，即調(diào)頻斜率，其中，ν表示目 標(biāo)運動速度；t表示時間； 分?jǐn)?shù)階傅里葉變換的標(biāo)準(zhǔn)定義如下式所示：
其中
α為分?jǐn)?shù)階域中的變換角度，u為分?jǐn)?shù)階域中的變換域坐標(biāo)， x(t)為待變換的目標(biāo)回波信號； 則，所述輸入等效條件為:
(9) 所述變換參數(shù)等效條件為：
(1〇) 所述幅度和相位的等效條件為：
(11) 其中，χα (·)表示分?jǐn)?shù)階傅里葉變換結(jié)果； 消除（10)式中量綱歸一化因子對調(diào)頻斜率Y及空域坐標(biāo)V的影響，進而得到分?jǐn)?shù)階 域中變換角度α和變換域坐標(biāo)U的表達式：
其中，fs表示采樣率； 步驟2、成像時，利用步驟1中的式（12'）和（13'）分別得到變換角度α和變換域坐 標(biāo)u的值，代入到式（8)中，同時，根據(jù)式（9)的輸入等效條件，用前向散射雷達的回波信號
作為式（8)中的待變換的目標(biāo)回波信號，作變換角度為α的分?jǐn)?shù)階傅里葉變換，得到 變換結(jié)果Xa(x'); 步驟3、目標(biāo)陰影輪廓提取，具體為： 首先，根據(jù)步驟2得到的變換結(jié)果Χα (X')以及（11)式，對復(fù)輪廓函數(shù)中幅度和相位 分別進行估計：
其中：
表示復(fù)輪廓函數(shù)估計值；
然后，根據(jù)式（14)和（15)分別估計得到的幅度和相位，對目標(biāo)側(cè)影輪廓高度差像 h(x')和中線像m(x')進行提?。?br> (17) 其中，
，表示波數(shù)。 (18)
【文檔編號】G01S7/41GK104049253SQ201410267834
【公開日】2014年9月17日 申請日期:2014年6月16日 優(yōu)先權(quán)日:2014年6月16日
【發(fā)明者】胡程, 劉長江, 曾濤, 龍騰 申請人:北京理工大學(xué)