一种异源雷达多频带带宽合成方法及系统与流程

1.本发明涉及雷达数据重构领域，特别是涉及一种异源雷达多频带带宽合成方法及系统。


背景技术：

2.现有的异源雷达多频带的数据重构，即多频带融合宽带相参处理，主要有谱估计方法和稀疏重构两种主流方法。谱估计方法大多数难以估计模型阶数且对噪声敏感，而基于压缩感知的稀疏重构方法由于迭代次数较多，计算量较大，作为一种高概率重构信号的方法存在着失效的可能。
3.因此，亟需一种方法或系统以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种异源雷达多频带带宽合成方法及系统，能够提高异源雷达多频带的数据重构的准确性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种异源雷达多频带带宽合成方法，包括：
7.利用不同的雷达测得同一目标的不同频带的回波信号；不同的雷达起始载频不同；雷达之间的间距小于雷达到目标的径向距离；雷达之间视角差在5度
‑
10度之间；
8.根据不同频带的回波信号确定相应频带的回波信号的衰减指数和(dampedexponential，de)模型；所述de模型为全极点de模型；
9.以任一回波信号为基准回波信号，采用改进的总体最小二乘
‑
旋转不变技术信号参数估计(totalleastsquares
‑
estimatingsignalparameterviarotationalinvariancetechniques，tls
‑
esprit)算法求剩余频带的回波信号的全极点de模型的极点与幅度，估计并补偿极点与幅度中包含的非相参量，使非相参的多段回波信号相参配准；
10.根据基准回波信号以及相参配准后的回波信号，利用hankel矩阵重建回波信号，并结合改进的tls
‑
esprit算法重构全频带回波信号。
11.可选地，根据不同频带的回波信号确定相应频带的回波信号的de模型，具体包括：
12.对不同频带的回波信号进行样条插值均匀化处理；
13.根据处理后的不同频带的回波信号以及几何绕射理论确定相应频带的回波信号的de模型。
14.可选地，所述以任一回波信号为基准回波信号，采用改进的总体最小二乘
‑
旋转不变技术信号参数估计tls
‑
esprit算法求剩余频带的回波信号的全极点de模型的极点与幅度，估计并补偿极点与幅度中包含的非相参量，使非相参的多段回波信号相参配准，具体包括：
15.利用公式进行全极点de模型相参配准；
16.其中，为相参配准后的全极点de模型，s2为未配准的回波信号，j为虚 数单位j＝sqrt(
‑
1)，n2为相参配准后的回波对应的频率采样数， n2＝0,1,
…
,n2‑
1，为固定相位项的估计值，为线性相位项的估计值。
17.可选地，所述基准回波信号以及相参配准后的回波信号，利用hankel矩 阵重建回波信号，并结合改进的tls
‑
esprit算法重构全频带回波信号，具体 包括：
18.根据基准回波信号以及相参配准后的回波信号，结合hankel矩阵， tls
‑
esprit算法确定全频带全极点de模型参数；
19.根据全频带全极点de模型参数，利用公式重构全频带回波 信号；
20.其中，q为目标散射中心的个数，n为全频带信号长度，d
i
为第i个散射 中心的幅度系数，p
i
为第i个散射中心的极点，n＝0,1,...,n
‑
1。
21.一种异源雷达多频带带宽合成系统，包括：
22.回波信号获取模块，用于利用不同的雷达测得同一目标的不同频带的回波 信号；不同的雷达起始载频不同；雷达之间的间距小于雷达到目标的径向距离； 雷达之间视角差在5度
‑
10度之间；
23.回波信号的衰减指数和模型确定模块，用于根据不同频带的回波信号确定 相应频带的回波信号的de模型；所述de模型为全极点de模型；
24.相参配准模块，用于以任一回波信号为基准回波信号，采用改进 tls
‑
esprit算法求剩余频带的回波信号的全极点de模型的极点与幅度，估 计并补偿极点与幅度中包含的非相参量，使非相参的多段回波信号相参配准；
25.全频带回波信号重构模块，用于根据基准回波信号以及相参配准后的回波 信号，利用hankel矩阵重建回波信号，并结合改进的tls
‑
esprit算法重构 全频带回波信号。
26.可选地，所述回波信号的衰减指数和模型确定模块具体包括：
27.样条插值均匀化处理单元，用于对不同频带的回波信号进行样条插值均匀 化处理；
28.回波信号的衰减指数和模型确定单元，用于根据处理后的不同频带的回波 信号以及几何绕射理论确定相应频带的回波信号的de模型。
29.可选地，所述相参配准模块具体包括：
30.相参配准单元，用于利用公式进行全极点de模型相 参配准；
31.其中，为相参配准后的全极点de模型，s2为未配准的回波信号，j为虚 数单位j＝sqrt(
‑
1)，n2为相参配准后的回波对应的频率采样数， n2＝0,1,
…
,n2‑
1，为固定相位项的估计值，为线性相位项的估计值。
32.可选地，所述全频带回波信号重构模块具体包括：
33.全频带全极点的回波处理数据确定单元，用于根据基准回波信号以及相参 配准后的回波信号，结合hankel矩阵，tls
‑
esprit算法确定全频带全极点 de模型参数；
34.全频带回波信号重构单元，用于公式重构全频带回波信号；
35.其中，q为目标散射中心的个数，n为全频带信号长度，d
i
为第i个散射 中心的幅度系数，p
i
为第i个散射中心的极点，n＝0,1,...,n
‑
1。
36.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
37.本发明所提供的一种异源雷达多频带带宽合成方法及系统，采用改进的 tls
‑
esprit算法求剩余频带的回波信号的衰减指数和模型的极点与幅度；基 于hankel矩阵以及改进的tls
‑
esprit算法重构全频带回波信号，有效的解 决了，低信噪比条件下的空间目标监视与识别中由于带宽不足引起的距离像模 糊，导弹靶场或导弹预警系统中段目标数量多、大小尺寸各异等造成的分辨难 度大的问题。基于改进的tls
‑
esprit异源雷达多频带融合相参处理方法具有 精度高、效率高、抗噪性好的特点。进而，有效的提高了异源雷达多频带的数 据重构的准确性。
附图说明
38.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是 本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性 的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
39.图1为本发明所提供的一种异源雷达多频带带宽合成方法流程示意图；
40.图2为本发明所提供的一种异源雷达多频带带宽合成系统结构示意图。
具体实施方式
41.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造 性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
42.本发明的目的是提供一种异源雷达多频带带宽合成方法及系统，能够提高 异源雷达多频带的数据重构的准确性。
43.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和 具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
44.图1为本发明所提供的一种异源雷达多频带带宽合成方法流程示意图，如 图1所示，本发明所提供的一种异源雷达多频带带宽合成方法，包括：
45.s101，利用不同的雷达测得同一目标的不同频带的回波信号；不同的雷达 起始载频不同；雷达之间的间距小于雷达到目标的径向距离；雷达之间视角差 在5度
‑
10度之间；
46.即两个雷达满足邻近配准原则；邻近配准原则为雷达之间的间距小于雷达 到目标的径向距离，并且雷达之间的间距远远小于雷达到目标的径向距离。
47.s102，根根据不同频带的回波信号确定相应频带的回波信号的衰减指数和 de模型；所述de模型为全极点de模型；
48.s102具体包括：
49.对不同频带的回波信号进行样条插值均匀化处理；
50.根据处理后的不同频带的回波信号以及几何绕射理论确定相应频带的回 波信号的衰减指数和模型。
51.回波信号的衰减指数和模型具体的建立过程为：
52.设两部独立工作的雷达，在邻近配准下的起始载频分别为f1,f2，频率采样 数为n1，n2，两者的频率采样间隔均为δf，起始载频间的空白频段带宽为δb， 且f2＝f1 δb。则由q个散射点构成的静止目标的两部雷达的基带回波可以分 别表示为：
[0053][0054][0055]
上面两式分别是s1和s2的几何绕射理论(geometrical theory ofdiffraction, gtd)模型的表达式，其中j＝sqrt(
‑
1)，模型参数共同表示了上述的q 个散射中心的特性。a
i
为散射中心的幅度，r
i
为散射中心相对于参考点的距离， α
i
表示绕射项系数(如表1所示)，为0.5的整数倍。f
n
＝f1 n
·
δf,f
n'
＝f2 n'
·
δf， c为电磁波在空气中的传播速度，在这里近似为光速。γ1和γ2分别为s1与s2之间 存在的固定相位项和线性相位项的非相参量。
[0056]
在相对带宽不大时，以s1为例可以将gtd模型做如下近似:
[0057][0058]
将f
n
、f
n'
及(3)式带入到(1)式和(2)式中，得到相应回波的衰减指数和模型(4) 式与(5)式，并等效为全极点模型。
[0059]
[0060][0061]
其中p
1i
、p
2i
分别为s1,s2的极点；d
1i
、d
2i
分别为s1,s2的极点对应的幅度系数。 当两部雷达邻近配置时，目标散射中心强度即幅度可以在频域上做归一化处 理。并且影响成像质量的主要是信号的相位关系，因此下文可以假设a
i
＝1。
[0062]
表1
[0063][0064]
s103，以任一回波信号为基准回波信号，采用改进的总体最小二乘
‑
旋转 不变技术信号参数估计tls
‑
esprit算法求剩余频带的回波信号的全极点de 模型的极点与幅度，估计并补偿极点与幅度中包含的非相参量，使非相参的多 段回波信号相参配准；
[0065]
s103具体包括：
[0066]
利用公式进行全极点de模型相参配准；
[0067]
其中，为相参配准后的全极点de模型，s2为未配准的回波信号，j为虚 数单位j＝sqrt(
‑
1)，n2为相参配准后的回波对应的频率采样数， n2＝0,1,
…
,n2‑
1，为固定相位项的估计值，为线性相位项的估计值。
[0068]
采用改进的tls
‑
esprit算法求剩余频带的回波信号的全极点de模型的 极点与幅度的过程为：
[0069]
定义x(n)＝s(n),n＝1,2,
…
n，y(n)＝s(n 1)。设其中q为散射中 心个数，n为信号长度；引入m0×
1维向量：
[0070]
x(n)＝[s(n),s(n 1),
…
,s(n m0‑
1)]
t
[0071]
n＝1,2,
…
n；
[0072]
y(n)＝[s(n 1),s(n 2),
…
,s(n m0)]
t
[0073]
n＝1,2,
…
n；
[0074]
于是，其自相关矩阵与互相关矩阵的估计值可以分别表示为：
[0075][0076][0077]
利用直接对自相关函数r
xx
进行奇异值的 分解；
[0078]
利用正则相关技术确定模型的有效阶数，取q个主左奇异值对应的对角 阵σ
z1
，u
z1
与v
z1
是q个主左、右奇异矢量构成的矩阵，其乘积作为信号子空 间。σ
z2
为非主奇异值组成的对角阵，u
z2
与v
z2
作为非主左、右奇异矢量构成 的矩阵，相乘构成噪声子空间。
[0079]
根据求得的σ，取最小奇异值记为σ2，构造协方差矩阵c
xy
＝rxy
‑
σ2i'；
[0080]
利用求得的σ
z1
、c
xy
、v
z1
，构建矩阵束求解该矩阵 束的广义特征值即为极点p
i
，类比求出各段回波中的极点，再结合公式 即可求出线性相位项的估计值
[0081]
幅度的估计过程:
[0082]
根据求得的模型极点通过求出该个极点 及其对应的幅度系数
[0083]
式中是由这个极点所生成的vandermonde矩阵。
[0084]
其中，两部雷达在相参配准下采集同一目标的回波信号时，两者之间的非 相参量可以归纳为极点中包含的线性相位项和幅度中包含的固定相位项。
[0085]
[0086][0087]
其中，γ1'为固定相位项，γ2'为线性相位项。p
1i
、p
2i
分别为s1,s2的极点；d
1i
、d
2i
分别为s1,s2的极点对应的幅度系数。
[0088]
s104，根据基准回波信号以及相参配准后的回波信号，利用hankel矩阵 重建回波信号，并结合改进的tls
‑
esprit算法重构全频带回波信号。
[0089]
s104具体包括：
[0090]
确定全频带全极点模型为：
[0091][0092]
其中，j＝sqrt(
‑
1),a
i
为回波信号幅度，q表示目标散射中心的个 数，α
i
为绕射项系数(如表1所示)，为频率采样间隔，b为全频带 信号带宽，n全频带信号长度，f0为信号起始载频。r
i
＝r
i
‑
r
ref
，r
i
为第i 个散射中心到雷达的径向距离，r
ref
为参考距离；
[0093]
根据基准回波信号以及相参配准后的回波信号，结合hankel矩阵， tls
‑
esprit算法确定全频带全极点de模型参数；
[0094]
根据全频带全极点de模型参数，利用公式重构全频带回波 信号；
[0095]
相参配准后的高、低频段之间存在着空缺频带，为了能够继续使用改进的 tls
‑
esprit算法完成全频带全极点模型的参数估计，需要构建新的矩阵。为 此，提出基于hankel矩阵改进的tls
‑
esprit全频带全极点模型求取方法。该 方法在多频带回波信号处理时引入hankel矩阵，利用其特殊结构的特殊性质很 大程度上减小了噪声对信号的影响。
[0096]
重排成具有hankel矩阵的形式，即:
[0097][0098]
[0099]
其中，l常取信号长度的1/3。组成的新矩阵作为全频带全极点的 回波处理数据；
[0100]
根据全频带全极点的回波处理数据以及全频带全极点模型，采用改进的 tls
‑
esprit算法，重构全频带回波信号；
[0101]
得出各子带以及空缺频带的估计数据：
[0102][0103]
为减小估计误差，可以尽量使用原始的测量数据。于是，全频段的带宽外 推融合信号可以表示为：
[0104][0105]
hankel矩阵利用其特殊结构的特殊性质很大程度上减小了噪声对信号的 影响；其次，改进的tls
‑
esprit同时扰动两个数据矩阵的信号子空间，并使 扰动范数的平方保持最小以此来校正两个信号子空间中存在的噪声。
[0106]
因此，利用该算法估计出的全频带回波信号，更加接近理想全频带(以低 频带雷达的起始载频作为全频带的起始载频，合成的总带宽作为全频带雷达的 实际带宽)大带宽雷达获取的原始目标回波信号。具体体现为，多频带的待配 准相位(线性相位项和固定相位项)及外推数据的估计及补偿精度高，计算效率 高。
[0107]
图2为本发明所提供的一种异源雷达多频带带宽合成系统结构示意图，如 图2所示，本发明所提供的一种异源雷达多频带带宽合成系统，包括：
[0108]
回波信号获取模块201，用于利用不同的雷达测得同一目标的不同频带的 回波信号；不同的雷达起始载频不同；雷达之间的间距小于雷达到目标的径向 距离；雷达之间视角差在5度
‑
10度之间；
[0109]
回波信号的衰减指数和模型确定模块202，用于根据不同频带的回波信号 确定相应频带的回波信号的de模型；所述de模型为全极点de模型；
[0110]
相参配准模块203，用于以任一回波信号为基准回波信号，采用改进 tls
‑
esprit算法求剩余频带的回波信号的全极点de模型的极点与幅度，估 计并补偿极点与幅度中包含的非相参量，使非相参的多段回波信号相参配准；
[0111]
全频带回波信号重构模块204，用于根据基准回波信号以及相参配准后的 回波信号，利用hankel矩阵重建回波信号，并结合改进的tls
‑
esprit算法 重构全频带回波信号。
[0112]
所述回波信号的衰减指数和模型确定模块202具体包括：
[0113]
样条插值均匀化处理单元，用于对不同频带的回波信号进行样条插值均匀 化处
理；
[0114]
回波信号的衰减指数和模型确定单元，用于根据处理后的不同频带的回波 信号以及几何绕射理论确定相应频带的回波信号的ed模型。
[0115]
所述相参配准模块203具体包括：
[0116]
相参配准单元，用于利用公式进行全极点de模型相 参配准；
[0117]
其中为相参配准后的全极点de模型，s1为未配准的回波信号，j为虚数 单位j＝sqrt(
‑
1)，n2为相参配准后的回波对应的频率采样数，n2＝0,1,
…
,n2‑
1， 为固定相位项的估计值，为线性相位项的估计值。
[0118]
所述全频带回波信号重构模块204具体包括：
[0119]
全频带全极点的回波处理数据确定单元，用于根据基准回波信号以及相参 配准后的回波信号，结合hankel矩阵，tls
‑
esprit算法确定全频带全极点 de模型参数；
[0120]
全频带回波信号重构单元，用于公式重构全频带回波信号；
[0121]
其中，q为目标散射中心的个数，n为全频带信号长度，d
i
为第i个散射中 心的幅度系数，p
i
为第i个散射中心的极点，n＝0,1,...,n
‑
1。
[0122]
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是 与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于 实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较 简单，相关之处参见方法部分说明即可。
[0123]
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施 例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的 一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变 之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。