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雷达成像近似二维模型及其超分辨算法简述

作者:时间:2012-11-04来源:网络收藏

现有的雷像超是基于目标回波信号的正弦信号,所以误差,特别是距离走动误差,将使性能严重下降或失效.为此,本文采用距离走动误差下的一阶信号,提出了一种基于非线性最小二乘准则的参数化超.在算法中,距离走动误差补偿与目标参量估计联合进行.文中同时给出了算法估计性能的Cramer-Rao界及仿真结果.

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/153756.htm

关键词:距离走动误差;补偿;超;雷

A Super Resolution Radar Imaging Algorithm Based on the 2-D Approximate Model

SUN Chang-yin,BAO Zheng

(Kay Laboratory for Radar Signal Processing,Xidian University,Xi’an 710071,China)

Abstract:The recently proposed super resolution radar imaging algorithms,which are based on the 2-D sinusoid signal model,often suffer from the motion through resolution cell error(MTRC) and failed completely.In this paper,an algorithm is proposed based on the 2-D approximate radar imaging model.By minimizing a nonlinear least-squares cost function,the algorithm combines the parameter estimation with the compensation of MTRC errors.The Cramer-Rao bounds are derived and simulation results are also presented to demonstrate the performance of the algorithm.

Key words:motion through resolution cell error;compensation;super resolution;radar imaging

一、引  言

雷达成像基于目标的散射点模型.雷达通常发射长时宽的线频调(chirp)信号,然后用参考信号对回波作解线频调(dechirp)处理,再将解线频调的回波作横向排列,则在一定条件下它可正弦信号模型,通过二维傅里叶变换,可以重构目标的二维像;采用超分辨算法[1~3],还可得到更精细的二维目标像.

应当指出,上述二维模型是假设散射点在成像期间不发生超越分辨单元走动,认为散射点的移动只影响回波的相移,而子回波包络则固定不变.这种近似,只适用于小观察角时参考点附近有限小尺寸目标成像.

如果目标较大,特别是在离参考点较远处,越分辨单元移动(MTRC)便会发生,从而使得用简单二维模型获得的图像模糊.传统解决的方法是按目标转动用极坐标-直角坐标插值.插值不可避免地会有误差,而超分辨算法通常基于参数化估计,对误差较为敏感,这会影响成像质量.

本文介绍一种近似度较高的二维模型,并利用该模型通过超分辨算法成像,可获得较好的结果.

二、维回波模型

设目标有K个散射点,雷达以平面波自下向上照射目标(图1).目标以参考点为原点相对雷达射线转动,经过N次脉冲发射,散射点Pk点移至P′k点,移动中第n次脉冲时该散射点的垂直坐标为:

ykn=yk+Δykn=xksin(nδθ)+ykcos(nδθ),n=0,1,…,N-1 (1)

式中δθ为相邻脉冲的转角,总观测角Δθ=(N-1)δθ.考虑到雷达发射的是长时宽的线频调信号,以原点为参考作解线频调处理,并对信号以 的频率采样,得目标的回波信号(离散形式)为:

g84.gif (2442 bytes)

 (2)

式中Ak为第k个散射点子回波信号的复振幅;fc、γ分别是雷达载频和调频率,c为光速;e(m,n)为加性噪声.

t84-1.gif (1497 bytes)

图1 二维雷达目标几何图

由于观测角Δθ很小,取近似sin(nδθ)≈nδθ和cos(nδθ)≈1,则式(2)可近似写成:

g85-1.gif (1711 bytes)

 (3)

式中

g85-2.gif (622 bytes)

式(3)指数项中的第三项是时频耦合项,它是线频调信号(其模糊函数为斜椭圆)所特有的,如果采用窄脉冲发射,则该项不存在.将该项忽略,则式(3)成为常用的回波二维正弦信号模型.

实际上,式(3)的第三项系“距离移动”项,它与散射点的横坐标xk成正比,目标区域大时必须考虑,而且这还远远不够,散射点的多普勒移动也必须考虑.为此,令sin(nδθ)≈nδθ和cos(nδθ)≈1-(nδθ)2/2,则式(2)较精确的近似式可写成:

g85-3.gif (2315 bytes)


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