基于动态加窗处理的雷达高分辨成像方法及系统与流程

本发明涉及雷达高分辨成像，具体涉及基于动态加窗处理的雷达高分辨成像方法及系统。

背景技术：

1、雷达回波在距离向上存在散射强度分布不均、强散射单元旁瓣遮蔽相邻弱散射单元以及噪声幅度随距离位置变化的情况，采用同一距离窗处理全部距离采样点时，难以同时控制距离主瓣宽度和距离旁瓣幅度。使用不同距离窗得到的两个分支复数结果还可能具有距离主峰位置差和主峰复相位差，未经校正直接融合会产生主峰错位、复数相消或区域边界不连续。雷达平台运动误差、目标运动和局部信噪比变化会使部分脉冲缺少稳定的相位关系，若将全部连续采集脉冲直接用于相干积累，低相关脉冲会影响方位聚焦；仅按固定数量截短孔径，又可能减小可利用的孔径时间跨度。静止散射单元与运动散射单元具有不同的距离轨迹和相位历程，使用同一距离徙动校正参数和聚焦参数时，可能形成剩余距离徙动、主瓣展宽或位置偏差。不同处理参数分别作用于局部距离处理、相位连通孔径构建、距离徙动校正和分支聚焦，若每次调整参数均重新执行完整成像流程，会对未受影响的处理环节重复计算。因此，需要明确各处理结果的输入、输出及依赖参数，使局部距离处理、相位连通脉冲选择、静止或运动聚焦、成像质量校核和区域输出之间形成可执行的数据处理关系。

技术实现思路

1、本发明提供了基于动态加窗处理的雷达高分辨成像方法及系统，本发明解决的技术问题是如何在强散射单元与弱散射单元并存、有效脉冲相位连通关系不稳定且静止散射单元与运动散射单元具有不同距离轨迹和相位历程的条件下，控制距离主瓣宽度和旁瓣幅度，筛选能够用于相干积累的脉冲，分别完成静止散射单元与运动散射单元的距离徙动校正和聚焦，并减少处理参数调整引起的重复计算。

2、为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：

3、基于动态加窗处理的雷达高分辨成像方法，包括：获取原始复回波数据，依据所述原始复回波数据生成预检测复数距离像，根据所述预检测复数距离像确定噪声区域、强散射区域、弱散射区域和保护区域，对所述原始复回波数据执行距离高分辨分支处理和旁瓣抑制分支处理，经群时延校正、相位校正及动态融合，得到局部距离处理复回波；根据所述局部距离处理复回波确定目标连通区域和相位连续片段，建立相位连通孔径图，并从所述相位连通孔径图中提取各所述目标连通区域对应的目标级相位连通脉冲索引集合；根据所述目标级相位连通脉冲索引集合，对所述局部距离处理复回波进行距离徙动校正和静止分支或运动分支聚焦，生成区域参数版本复数图像组，并建立各处理参数与所述区域参数版本复数图像组之间的参数依赖关系图；依据成像质量合格条件校核所述区域参数版本复数图像组，将未通过校核的质量项目映射至对应处理参数组，根据所述参数依赖关系图对受影响的处理节点进行增量重计算，从通过校核的参数版本复数图像中确定区域输出结果，并根据各所述区域输出结果生成最终高分辨复数图像。

4、在本发明的一方面，确定所述噪声区域、所述强散射区域、所述弱散射区域和所述保护区域，包括：

5、采用固定参考距离窗对所述原始复回波数据执行预检测距离压缩，得到所述预检测复数距离像，并将所述预检测复数距离像沿距离向划分为相互重叠的局部距离处理输出区间；

6、根据无目标距离区间的幅度统计结果确定噪声区域判定阈值，根据标定强散射单元的距离压缩主峰幅度确定高于所述噪声区域判定阈值的强散射区域判定阈值；

7、将幅度不低于所述强散射区域判定阈值的距离采样点确定为所述强散射区域，将位于所述强散射区域两侧的距离旁瓣覆盖范围内且不属于所述强散射区域的距离采样点确定为所述保护区域，将其余距离采样点中幅度不高于所述噪声区域判定阈值的距离采样点确定为所述噪声区域，并将剩余距离采样点确定为所述弱散射区域。

8、在本发明的一方面，得到所述局部距离处理复回波，包括：

9、针对每一所述局部距离处理输出区间，从所述原始复回波数据中提取覆盖距离匹配滤波器有效响应长度的延伸输入区间，分别利用第一距离窗和切趾程度高于所述第一距离窗的第二距离窗构建两个距离匹配滤波器，对所述延伸输入区间执行距离高分辨分支处理和旁瓣抑制分支处理，删除受卷积边界影响的输出采样点，并保留与所述局部距离处理输出区间对应的两个分支复数处理结果；

10、根据标定散射单元经两个分支处理后的距离主峰位置差和主峰复相位差，对两个分支复数处理结果执行群时延校正和相位校正；

11、根据各距离采样点所属区域确定动态融合权重，对校正后的两个分支复数处理结果进行逐点融合，并对相邻局部距离处理输出区间的重叠部分进行复数域拼接。

12、在本发明的一方面，确定所述目标连通区域和所述相位连续片段，包括：

13、根据所述局部距离处理复回波的局部噪声幅度确定有效检测门限，将幅度达到所述有效检测门限且在距离向和慢时间方向上连续的距离采样点合并为所述目标连通区域；

14、在各所述目标连通区域内对相邻脉冲中的有效距离采样点进行距离轨迹对齐，计算相邻脉冲之间的复相关程度，并从观测相位差中扣除平台运动几何关系和实际距离轨迹对应的预测相位差，得到相邻脉冲剩余相位差绝对值；

15、将复相关程度达到相位连续判定阈值且相邻脉冲剩余相位差绝对值不超过相位变化判定阈值的连续脉冲划入同一所述相位连续片段。

16、在本发明的一方面，建立所述相位连通孔径图，包括：

17、将每一所述相位连续片段设置为所述相位连通孔径图中的节点；

18、当属于同一目标连通区域的两个相位连续片段的脉冲范围相邻，或者两个脉冲范围之间的中断脉冲数量不超过允许中断数量时，分别提取两个相位连续片段边界处的比较脉冲，对所述比较脉冲中的有效距离采样点进行距离轨迹对齐，并根据对齐后的复回波确定片段间复相关程度和片段间剩余相位差绝对值；

19、当所述片段间复相关程度达到片段连通判定阈值且所述片段间剩余相位差绝对值不超过片段相位误差阈值时，在对应节点之间建立连接边。

20、在本发明的一方面，提取所述目标级相位连通脉冲索引集合，包括：

21、在各所述目标连通区域对应的相位连通孔径图中查找连通节点集合，删除有效脉冲数量未达到最小相干积累脉冲数量或者孔径时间跨度未达到最小孔径时间跨度的连通节点集合；

22、根据其余连通节点集合的孔径时间跨度、有效脉冲数量、平均复相关程度、最大相邻脉冲剩余相位差绝对值和脉冲中断数量，按照预设比较顺序确定目标连通节点集合；

23、将所述目标连通节点集合覆盖的脉冲编号按照采集时间排列，并为各脉冲编号记录有效性权重，得到所述目标级相位连通脉冲索引集合。

24、在本发明的一方面，生成所述区域参数版本复数图像组并建立所述参数依赖关系图，包括：

25、根据目标连通区域的实际距离轨迹与静止距离轨迹之间的最大距离偏差以及扣除静止预测相位后的剩余相位误差，将所述目标连通区域划分为静止散射单元或运动散射单元，并根据对应的目标级相位连通脉冲索引集合进行距离徙动校正；

26、对所述静止散射单元执行静止分支聚焦，对所述运动散射单元按照有限组候选运动参数执行运动分支聚焦，得到同一目标连通区域的多个参数版本复数图像；

27、记录每一参数版本复数图像所依赖的局部距离处理参数、目标级相位连通脉冲索引集合、距离徙动校正参数和分支聚焦参数，并按照处理结果的输入输出关系建立所述参数依赖关系图。

28、在本发明的一方面，进行增量重计算并生成所述最终高分辨复数图像，包括：

29、利用距离主瓣宽度、方位主瓣宽度、峰值旁瓣比、积分旁瓣比和剩余距离徙动构成区域内成像质量合格条件，利用重叠区域复相关程度和重叠区域剩余相位误差绝对值构成区域间拼接质量合格条件；

30、将未通过校核的距离主瓣宽度、峰值旁瓣比或积分旁瓣比映射至距离窗与动态融合权重处理参数组，将未通过校核的相位一致性质量项目映射至相位一致性处理参数组，将未通过校核的剩余距离徙动映射至距离徙动校正处理参数组，将未通过校核的方位主瓣宽度映射至分支聚焦处理参数组；

31、根据所述参数依赖关系图确定由对应处理参数组指向的下游处理节点，仅对所述下游处理节点进行重新计算，并将通过所述区域内成像质量合格条件和所述区域间拼接质量合格条件校核的区域输出结果写入统一成像坐标系。

32、在本发明的另一方面，本发明还涉及一种基于动态加窗处理的雷达高分辨成像系统，包括：

33、回波局部距离处理模块，用于获取原始复回波数据，生成预检测复数距离像，确定噪声区域、强散射区域、弱散射区域和保护区域，执行距离高分辨分支处理和旁瓣抑制分支处理，并通过群时延校正、相位校正及动态融合得到局部距离处理复回波；

34、相位连通孔径确定模块，用于根据所述局部距离处理复回波确定目标连通区域和相位连续片段，建立相位连通孔径图，并提取目标级相位连通脉冲索引集合；

35、分支聚焦与版本生成模块，用于根据所述目标级相位连通脉冲索引集合进行距离徙动校正和静止分支或运动分支聚焦，生成区域参数版本复数图像组并建立参数依赖关系图；

36、质量校核与图像输出模块，用于依据成像质量合格条件校核所述区域参数版本复数图像组，将未通过校核的质量项目映射至对应处理参数组，根据所述参数依赖关系图执行增量重计算，并根据通过校核的区域输出结果生成最终高分辨复数图像。

37、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

38、本发明先利用固定参考距离窗生成预检测复数距离像，再按照预检测复数距离像的幅度和强散射单元的旁瓣覆盖范围确定噪声区域、强散射区域、弱散射区域和保护区域，使区域分类不依赖尚未生成的动态融合结果。距离高分辨分支和旁瓣抑制分支使用具有完整匹配滤波支撑的延伸输入数据，在两个分支复数结果完成群时延校正和相位校正后，根据区域类型进行复数融合，可减少两个分支主峰错位和复数相消。相位连续片段和相位连通孔径图用于记录目标连通区域中不同脉冲之间的复相关关系及剩余相位误差，目标级相位连通脉冲索引集合同时记录脉冲编号和有效性权重，使相干积累使用的脉冲及其孔径时间位置可以确定。静止分支和运动分支分别根据静止距离轨迹和候选运动距离轨迹进行距离徙动校正、传播相位补偿和复数积累，使不同运动状态的散射单元采用对应的处理参数。参数依赖关系图以具体处理对象和参数版本为节点属性，在质量项目不合格时仅重新计算对应处理参数节点的下游处理结果，可保留未受影响的中间结果。最终图像还需要通过区域内成像质量合格条件和区域间拼接质量合格条件，使区域输出结果具有对应的处理参数和质量校核记录。