一种用于扩展目标增强的SAR波形优化设计方法

本发明属于sar信号处理领域，涉及一种用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法。

背景技术：

1、合成孔径雷达（sar）因其全天时、全天候的成像能力，在民用及军事领域有着广泛的应用。发射信号作为目标信息的直接载体，其波形从根本上决定了sar系统对目标信息的获取和表征能力，直接影响sar成像质量。针对特定目标的sar任务，设计能够增强目标信息、提升图像质量的发射波形，对提升目标探测与识别精度来说至关重要。

2、对于点目标，成像质量通常用积分旁瓣比（isl）来评估，它表征了目标能量的集中度，数值越低表示能量越集中于主瓣、旁瓣抑制越充分。理想的发射波形应使自相关函数具有低旁瓣电平，以避免强散射体的旁瓣掩盖邻近弱散射体的响应。因此，现有针对点目标的波形设计大都在旁瓣抑制准则下进行，主要分为两类：一类是频谱塑形方法，通过设计波形的功率谱分布来获得良好的自相关特性；另一类是自相关优化方法，直接将积分旁瓣比或其加权形式作为优化目标进行求解。

3、随着sar分辨率的提高，飞机、舰船、车辆等高价值目标在sar图像中日益表现为扩展目标，具有可分辨的轮廓和内部结构细节。针对扩展目标成像，需要提高目标在杂波背景中的显著性，以增强其检测与识别的可靠性。因此，一系列目标增强波形设计方法被提出，这些方法利用目标和杂波的先验信息优化发射波形，通过最大化信杂比、信干噪比或互信息等准则，使波形将更多能量分配至与目标散射强相关的频率分量上，从而提升目标-背景能量对比度。然而，这类方法得到的优化波形在提升目标-背景对比度的同时，往往导致波形自相关旁瓣特性恶化，使得扩展目标的强散射体旁瓣扩散至邻近弱散射结构和背景区域，模糊目标轮廓、降低结构清晰度，最终影响精细识别性能。因此，有必要提出一种能够在增强目标显著性的同时保持轮廓结构清晰度的sar波形设计方法。

技术实现思路

1、为克服现有面向扩展目标的sar波形设计方法在提升目标-背景对比度时导致旁瓣泄漏恶化、目标轮廓模糊和结构清晰度下降的问题，本发明提出一种用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，该方法是一种基于信杂比与结构感知加权积分旁瓣电平联合优化的sar波形设计方法，用于在增强目标显著性的同时保持扩展目标的轮廓与结构清晰度，提升后续检测与识别的可靠性。该方法通过根据目标空间散射分布自适应构建结构感知的旁瓣加权系数，将信杂比最大化目标与结构感知旁瓣泄漏抑制目标联合构建为优化问题，并在恒模和带宽约束下求解，获得兼具目标增强与结构保真能力的发射波形。

2、本发明一种用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，步骤如下：

3、步骤一，首先根据扩展目标的先验散射信息获得目标距离向散射序列。随后根据目标散射单元与背景单元在不同旁瓣时延下的能量泄漏关系构造结构泄漏权重，并结合时延衰减权重，得到结构感知加权积分旁瓣电平的旁瓣加权系数序列。

4、步骤二，根据目标、杂波和噪声的先验散射信息分别构造目标特性矩阵和杂波加噪声协方差矩阵，以信杂比scr最大化和结构感知加权积分旁瓣电平wisl最小化为联合优化目标，并引入恒模约束和带宽约束，构建sar发射波形的联合约束优化问题。

5、步骤三，根据所述旁瓣加权系数序列构造加权矩阵并进行矩阵分解，在离散频率采样点引入辅助变量，将结构感知加权积分旁瓣电平的四次项松弛为关于发射波形和辅助变量的二次项。同时将带宽约束松弛为带外频谱能量惩罚项，得到松弛后的sar波形优化问题。

6、步骤四，采用辅助变量与发射波形相位交替迭代的方式求解所述松弛后的sar波形优化问题：

7、在固定发射波形的条件下更新辅助变量；

8、在固定辅助变量的条件下将恒模发射波形表示为相位变量，并将波形逐元素更新转化为一维相位搜索问题；

9、通过交替更新辅助变量和波形相位直至满足预设停止条件，得到优化sar发射波形。

10、本发明的优点在于：

11、（1）本发明用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，首次在扩展目标sar波形设计中引入结构感知的旁瓣加权机制，根据扩展目标的具体空间散射分布，对与目标到背景旁瓣泄漏相关的延迟赋予差异化的抑制优先级，克服了现有方法对所有延迟进行无差别旁瓣抑制或仅凭经验设置加权系数的局限性，使旁瓣抑制更具针对性。

12、（2）本发明用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，在恒模约束和带宽约束下进行波形优化，优化后的波形满足实际sar发射系统的硬件要求，无需额外的硬件改造，可直接应用于现有sar系统。

13、（3）本发明用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，通过松弛变换和交替迭代，将复杂非凸波形优化问题转化为辅助变量更新与逐元素相位搜索，提高了求解效率。

14、（4）本发明用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，提出的结构感知旁瓣控制框架不仅可用于本实施例中的飞机目标sar成像，还可推广至舰船、车辆等其他类型扩展目标的sar检测与识别任务中。

1.一种用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，其特征在于：具体步骤为：

2.根据权利要求1所述的一种用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，其特征在于：步骤一中，结构感知旁瓣加权系数序列为：

3.如权利要求1所述的一种用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，其特征在于：步骤二中，所构建的sar发射波形的联合约束优化问题为：

4.如权利要求3所述的一种用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，其特征在于：步骤3中，松弛后的sar波形优化问题为：

5.如权利要求1所述的一种用于扩展目标增强的sar波形优化设计方法，其特征在于：