一種超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣的抑制方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明主要涉及到超寬帶雷達(dá)成像領(lǐng)域，特指一種超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣的 抑制方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 超寬帶（Ultra-Wideband，UWB)成像雷達(dá)具有穿透性好、分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)廣 泛應(yīng)用于穿墻隱蔽目標(biāo)探測、隱蔽物體檢測、醫(yī)療成像等領(lǐng)域。綜合考慮雷達(dá)系統(tǒng)便攜性、 成本以及數(shù)據(jù)處理能力，UWB成像雷達(dá)往往采用低陣元密度的稀疏陣列，進(jìn)而面臨因空間采 樣率不足引入的方位向柵瓣問題，致使成像質(zhì)量下降。
[0003] 文獻(xiàn) R. E. Davidsen, J. A. Jensen and S. ff. Smith, Two-dimensional random arrays for real time volumetric imaging, Ultrasonic Imaging, Vol. 16, 143-163, 1994 提出通過陣列配置設(shè)計隨機(jī)或非周期陣列避免方位向柵瓣，但是該方法會抬高方位向旁瓣 水平。
[0004] 文獻(xiàn) R. J. Burkholder and K. E. Browne, Coherence factor enhancement of through-wall radar images. IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, Vol. 9, 842-845, 2010 米用相干因子（Coherence Factor，CF)加權(quán)校正雷達(dá)后向 投影（Back Projection，BP)成像來抑制方位向柵瓣。UWB成像雷達(dá)有限的孔徑尺寸，限制 了方位向柵瓣在孔徑域的差異，因此CF加權(quán)對方位向柵瓣抑制有限。
[0005] 文獻(xiàn) J. Camacho, M. Parrilla and C. Fritsch, Phase coherence imaging, IEEE Transcactions on Ultrasonics,Ferroelectrics and Frequency Control, Vol. 56, 958-974, 2009基于孔徑域數(shù)據(jù)中目標(biāo)處的相位一致性要好于方位向柵瓣 處的相位一致性，提出了相位相干因子（Phase Coherence Factor，PCF)加權(quán)抑制方位向柵 瓣，但是PCF對相位穩(wěn)定性要求很高。此外，與CF類似，PCF性能也受到UWB成像雷達(dá)有限 孔徑尺寸的限制。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題就在于：本發(fā)明提供一種原理簡單、操作方便、抑制效果 好的超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，以解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題。
[0007] 為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0008] -種超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其步驟為：
[0009] (1)、采用超寬帶雷達(dá)成像方法進(jìn)行成像，并計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子 ECF ；
[0010] (2)、利用步驟（1)得到的擴(kuò)展相干因子ECF對原始成像結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，以抑制圖 像方位向柵瓣。
[0011] 作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟（2)的具體流程為：
[0012] (2. 1)、將每個成像點(diǎn)的單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC相干求和，完成成像；
[0013] (2. 2)、將計算得到的每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF值作為加權(quán)系數(shù)與所述成 像結(jié)果相乘以實(shí)現(xiàn)方位向柵瓣抑制。
[0014] 作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟（1)的具體流程為：
[0015] (I. 1)依據(jù)超寬帶雷達(dá)天線陣列和波形參數(shù)，利用雷達(dá)接收回波，計算超寬帶雷達(dá) 全部單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC ;
[0016] (1. 2)將全部單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC相干求和，完成雷達(dá)成像；
[0017] (1.3)利用全部單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC，計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子 ECF0
[0018] 作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟（I. 1)的具體流程為：
[0019] (I. I. 1)獲取超寬帶雷達(dá)的天線陣列和發(fā)射步進(jìn)頻連續(xù)波SFCW的參數(shù)；
[0020] 假定超寬帶雷達(dá)采用具有M個收發(fā)通道的天線陣列，發(fā)射包含一系列離散頻點(diǎn)的 步進(jìn)頻連續(xù)波信號S (t);設(shè)s (t)的起始頻率為，終止頻率為4,頻率步進(jìn)增量為Af，共 有K個離散頻點(diǎn)；那么，第m個通道接收到目標(biāo)點(diǎn)P散射的第k個頻點(diǎn)信號為：
[0021] Sm (k) = exp {-j 2 π fk τ m (Xp, yp)}
[0022] 其中，fk表示第k個離散頻點(diǎn)，τ m(Xp，yp)為目標(biāo)點(diǎn)P與第m個通道之間傳播時延； j為虛數(shù)單元。
[0023] (I. 1. 2)依據(jù)成像幾何，計算每個成像點(diǎn)沿每個收發(fā)通道的傳播時延；在每個收 發(fā)通道的每個頻點(diǎn)回波上對每個成像點(diǎn)進(jìn)行時延補(bǔ)償，得到單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)；
[0024] (I. 1. 3)對成像平面上任一成像點(diǎn)q(X(1，yq)，第m個通道k個頻點(diǎn)的SFSC圖像數(shù) 據(jù)為：
[0025] α m, k (xq，yq) = Sm (k) · exp {-j 2 π fk τ m (Xq, yq)}
[0026] = exp{-j2 π fk[ τ m(Xp, yp)- τ m(Xq, yq)]}
[0027] 其中τ ^(Xq，yq)為成像點(diǎn)q與第m個通道之間的傳播時延。
[0028] 作為本發(fā)明方法的進(jìn)一步改進(jìn)：所述步驟（1. 3)中，根據(jù)得到單頻點(diǎn)單通道圖像 數(shù)據(jù)SFSC，計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF ; 即，利用M個通道和K個離散頻點(diǎn)得到單 頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC，計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF ;所述成像點(diǎn)qO^y,)的擴(kuò) 展相干因子ECF值計算公式如下：
【主權(quán)項】
1. 一種超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其特征在于，其步驟為： (1) 、采用超寬帶雷達(dá)成像方法進(jìn)行成像，并計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF; (2) 、利用步驟（1)得到的擴(kuò)展相干因子ECF對原始成像結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，以抑制圖像方 位向柵瓣。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其特征在于，所述步 驟（2)的具體流程為： (2. 1)、將每個成像點(diǎn)的單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC相干求和，完成成像； (2. 2)、將計算得到的每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF值作為加權(quán)系數(shù)與所述成像結(jié) 果相乘以實(shí)現(xiàn)方位向柵瓣抑制。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其特征在于，所述 步驟（1)的具體流程為： (1. 1)依據(jù)超寬帶雷達(dá)天線陣列和波形參數(shù)，利用雷達(dá)接收回波，計算超寬帶雷達(dá)全部 單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC; (1. 2)將全部單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC相干求和，完成雷達(dá)成像； (1. 3)利用全部單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC，計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其特征在于，所述步 驟（1. 1)的具體流程為： (1. 1. 1)獲取超寬帶雷達(dá)的天線陣列和發(fā)射步進(jìn)頻連續(xù)波SFCW的參數(shù)； 假定超寬帶雷達(dá)采用具有M個收發(fā)通道的天線陣列，發(fā)射包含一系列離散頻點(diǎn)的步進(jìn) 頻連續(xù)波信號s(t);設(shè)s(t)的起始頻率為，終止頻率為fh，頻率步進(jìn)增量為Af，共有K 個離散頻點(diǎn)；那么，第m個通道接收到目標(biāo)點(diǎn)P散射的第k個頻點(diǎn)信號為： Sm(k)=exp{-j2fktm (Xp,yp)} 其中，fk表示第k個離散頻點(diǎn)，tJxpyp)為目標(biāo)點(diǎn)P與第m個通道之間傳播時延；j為 虛數(shù)單元； (1. 1. 2)依據(jù)成像幾何，計算每個成像點(diǎn)沿每個收發(fā)通道的傳播時延；在每個收發(fā)通 道的每個頻點(diǎn)回波上對每個成像點(diǎn)進(jìn)行時延補(bǔ)償，得到單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)； (1. 1. 3)對成像平面上任一成像點(diǎn)qUp ，第m個通道k個頻點(diǎn)的SFSC圖像數(shù)據(jù)為： am,k(xq,yq) =Sm (k) ?exp{-j2 3ifktm (Xq,yq)} =exp{-j2 3ifk [tm (Xp,yp) -tm (xq,yq) ]} 其中tJxpyq)為成像點(diǎn)q與第m個通道之間的傳播時延。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其特征在于，所述步 驟（1.3)中，根據(jù)得到單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC，計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF; 即，利用M個通道和K個離散頻點(diǎn)得到單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC，計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展 相干因子ECF;所述成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF值計算公式如下：
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其特征在于，所述步 驟（1. 2)中，在主瓣區(qū)域，所有的單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC都是相干的，對應(yīng)的擴(kuò)展相干 因子ECF等于1 ;在柵瓣區(qū)域，單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC并非全部相干，對應(yīng)的擴(kuò)展相干 因子ECF小于1。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其特征在于，所述步 驟（1.2)中，將全部MXK個單頻點(diǎn)單通道圖像數(shù)據(jù)SFSC相干求和，完成成像；所述成像點(diǎn) Q(xq，yq)的像素值計算公式如下：
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種超寬帶雷達(dá)成像方位向柵瓣抑制方法，其步驟為：(1)、采用超寬帶雷達(dá)成像方法進(jìn)行成像，并計算每個成像點(diǎn)的擴(kuò)展相干因子ECF；(2)、利用步驟(1)得到的擴(kuò)展相干因子ECF對原始成像結(jié)果進(jìn)行加權(quán)，以抑制圖像方位向柵瓣。本發(fā)明具有原理簡單、操作方便、抑制效果好等優(yōu)點(diǎn)。
【IPC分類】G01S13-89
【公開號】CN104808200
【申請?zhí)枴緾N201510041119
【發(fā)明人】夏桂琴, 韓明華, 衣曉飛, 王生水, 吳鋒濤
【申請人】湖南華諾星空電子技術(shù)有限公司
【公開日】2015年7月29日
【申請日】2015年1月27日