采用RELAX算法提高单脉冲三维成像横向分辨率

1、 2064 系统工程与电子技术第30卷第30卷第11期2008年11月系统工程与电子技术Systems Engineering and Electronics文章第号：1001-506X(200«) 11-206303采用RELAX算法提高单脉冲三维成像横向分辨率张超峰，刘丹，程臻(中国航天科工集团公司二院二十三所.北京100854)M S: *t>比相单隊冲三维成像倉达测量目标散射点横向位菱廉星分析估鼻了散射点何相互干扰才 目标微第点横向位置测受的&用RELAX #法Jt接估计央侨車后正戎仕号的*度和集皐參败摄高微翁 点横向位jt测童输度通it分析及仿鼻可知.RELA

2、X算法的引入便横向位耳测>输废有了较明显改#关词：tit;草床冲三维成像$ RELAX算法9横向分卄事中图分类号:TN 91文就标志AImprovement in lateral resolution of mono-pulse3-D imaging radar using RELAX algorithmZHANG Chao-feng, LIU Dan, CHENG Zhen(No. 23 bur. of the Second Academy China Aerospace Science and Industry Corporation Beijing 100854 China&quo

3、t;)Abstract： The 3-D image of targets can derive from a wide-band mono-pulse radar via measuring the range* azimuth and pitching position between the scatters and radar of targets According to the basic principle of using wide-band phase comparison mono-pulse measuring azimuth or pitching position*

4、the influence of scatters interference in measuring cross-range is analyzed. And a RELAX algorithm is introduced to improve the cross-range measuring precision*Keywords: radar> mono-pulse 3-D imaging! RELAX algorithm> cross-range resolution 2064 系统工程与电子技术第30卷 2064 系统工程与电子技术第30卷(壬)exp+牧韓日期：2007

5、 - 10-22；修回日期：20071224.作奢介：托超峰(1982男忌士主更研丸方向为會达总体设计 E-mail：tuopol230引言为满足对远程目标的无模物距离成像【“】并对目标速 度的形响具有一定的鲁棒性地面单脉冲三维成像雷达通 常发射线性调荻信号对接收到的回波信号解时獗转换 处理后可使目标敢射点在距冑维实现高分辨.进而通过 比相测角得到散射点方位向和俯仰向位戏这样便可对目 标进行三维成像但任何有限长的窗皈数都不悬完全带 限，当目标上的散射点投形到距离维相距较近时时頻转换 后便引起散射点间相互干扰本文分析了这种干扰对宽带 和差复比单脉冲测贰散射点横向位覽的形响，并采用RE LAX算法

6、提岛测横句位匙的辆度。为了分析与叙述方便本文主要分析单脉冲三维成像 系統中测it目标即离方位位置的系统由于射点俯 仰位菱与方位位置的方法一样所以本文分析得到的结论 同样适用于俯仰位迂的系统.1单脉冲三维成像的基本原理设雷达发射信号为)(1) 式中/；为载頻.7；为脉寬.K,为调频斜率.图1为散射点与宙达天线相对位覽示Sffl.x为该散 射点伦离天线法线的坐标”是该散射点到天线的垂应距 离w为子阵中心距天线法线的距离.实际应用中当術达 拄线基本对准目标时往往祷足几RRt分别 为敵射点到子阵1和子阵2的距离参考倍号为S* r reci()冈严叶一学)字)了天线图】ttKA与达天线位关糸(3)(4)

7、对一个散射点而盲,设子阵1子阵2收到的回波脉冲 佶号分别为S和S 从和差器出来的和務信号分别为 sa s. M S： Si对和、差倍号解调得Sn n S, X conjCSf)S/A = SA X conj(S)(5)(6) 对SsS沁分别傅氏变换得S«aS他，前面已知yr 则S%(aSffa(cu)JCr + C'+y 一 /(x-r)1+y)j X tan4 nrj X Sn?人+ y + ?(x - r)» TJ(7)/ - xz SniA(«) 2 X c X/ox工=远远(一必耳而)X £ X2宸X" 在实际应用中一般目标角谋

8、差较小可近似认为 F 黔速)，而不用反耐求相位. 由式(7)知理想悄况下和差复比为纯实际中由于 噪声采样误差等各种因索形响不能达到理想条件得到的 和差复比是复数应用时取其虚部近似即Xv2XcX) /r X2kX4f2散射点间相互干扰对测横向的影响分析当存在多个散射点时对和、差通道信号进行一维成像 处理，可将距离不同的敵射点在頻域分对和差通道频 域的尖峰倍号进行式(7).(9)运其便可得到各个敵射点的 方位向位但任何有限长的窗歯数都不能是禿全带限当目标上 的散射点投影到距离维相距较近时在频域便引起散射点 何相互干扰.为了比较形象地说明这种干扰的存在柱图 2中仿典了三个散射点独立回波得到的各个散射

9、点幅度距 寓侬.龙带线性调頻倍号的带寛为800 M,对应距髙分辨 率为0. 187 5 m；|RU点距參考位的距离分别为0 m, -0.3 m和一075 m.散射点的散射系数分别为3、1和le 各个散射点复距鳥像的矢 加便得到目标的复距离像 網度距离侬在一定程度上反映了徽射点复距寓像的互相 形响.3 5003 0002 5002 000I 500J000S00距寓时位/!»一：三个ftlfAEX*;-:一：散射图2间相互干扰示賣图通过分析图2并根据敢射点复距离像，加的性质可 知发射信号带宽一定时相邻敵射点强度差别越大、頻域相 位差越小时这种干扰越明显；并且敵射点间的这种干扰穴 着散射

10、点间距离的堆大而减弱为了说明这种干扰对話量得到的散射点横向位置的够 响用表】所示If达参数表2所示散射点位仿真雷达回 得到散射点位覽如图3所示图中不同形状散射点 代表不同散射点敵射系数殂合如图中所示.»1 帚算詠冲达主X#ft10 GHz达距目标中心距高O)60 km两子阵间距«<2r)1. 5 mLFM值号带寛(B)800 MHs2位散射点序号距声向位I>/m方位向位lx/m1 0.2020.5430.9$2第11期张超録等：采用RELAX算法提岛单脉冲三维成像檳向分赚率 2065 £、©帘杞11-iLJ1LLr jr.j»1EA

11、R位/mo七射点1 1)； «:傲射M敢射系徽須合(3 1 I); :徽射点敵射蔡数纽合(1 3 IX。：敢射贞敢财系效锻合(I 1 3); 。：真实敵射应分布田03 0.4 0.5(1用FFT估计解调后信号初始的叫仏戊(2) 用式(12)1新计算珀再用式(13)和式(14)1新 卄算用式(重新计算*再用式(3)和式(14車 新计算a口几；依次类推直至重新得到人x (3) 盘复步91 2直到非线性方差C小于某一设定值或 賣复前后网次得到的C相差小于某一符定偵以(几=为已知条件用类似步骤计算差通道 解频调后信号的心驚用严得到評代人式(9)得第i 散射点的方位向位雹 ”用该算法计算文章第

12、二部分仿貝的俗达回波的勺, />驚* 爼必也进而得到敵射点分布见图4所示.比校图3和图4可知，通过应用RELAX算法对解调 肓回波信号参数的估计对尺终计算得到的故射点横向位 尤其是相邻散射点距离较近、敵射系数相差较大悄形. 有了较明显的改善.B33射点分布图从成像的结果可以看岀当散射点相对旁边的散射点 的散射系数越小与傍边散射点距离越近时测量得到的敵 射点的位St越有可能较远偏离其真实位匱这与分析图2 得到的结论是一致的3用RELAX算法提高中频信号参数估计精度RELAX算法对嗪声和杂波不作任何限定性假设它通过 最小化非线性方珪估讣正弦信号参数，具有较强的适应性设线形调频倍号解调后碍K$

13、 = 1 (10) 式中,N为信莓枭样戍数g.P】2K为待估计的正弦 倍号复細度kA. r=1.2.K为待估计正弦信号频率根据聂小化非线性方差估廿准则正戎信号复嶽度和 频率的估计值可由最小化式(11得到C(s/JJLJ= II以石5IV(1D>1-0.5 -0.4 -03 -0.2 -0.100.1 0.2 0.30.4 0.5。：徽射点It射1 IX «：敬射点敢射系数创合O 1 IX ：徵射总敞射系数组仓03 IK组合0 I3X:真实ttHA分布图4 3 2 1 Ese®?图4用RELAX *法得到的敵射点分布图4结束语式中=% 可$3(齐=】exp(j2.)ex

14、p(j2". (N-l)令K_ _ ,ft =/- SaiOi(A)(12)此时假定启臥则用垠小非线性方差倍 计得A = minV =Amax | cu(/i)Hs4 P(14)即齐为九周期图的/為般大值所对应的频率g为升的 归一化离散傅里叶变换在频率点几处的值.以上的寻优 过程可通过数据补0的FFT快逢算法实现对于本文应用背景假定对回波信号解调、脉压已将散 射点贅于不同分辨单元中用RELAX算法是为了更加精 确估计正弦信号的复幅度和频務.先用RELAX算旌估计和通道信号的g、/> 具体计算 步91如下.单脉冲三维成像雷达对宽带线性调频回波借号解调脉 压可获得散射点在距离维的高

15、分辨进而通过对和差距离 像处理得到目标散射点相对需达天线的方位俯仰向位豐 实现对目标三维成像。但任何有限尺的窗都不会是完全带 限由于距离维相邻散射点F扰團域得到散射点的横向位 会偏离其更实位賣 RELAX算法克接估计解调后正弦 倍号的参数避免了加时带来的膨响.通过本文分析、仿代 可知奁单脉冲三维成像宙达中引入RELAX算法确能较 明显提奇单脉冲三维成像的横向帝度参考文献：C1刘浩昊事RELAX參数估计算法庄傅达目标特征提取中的应 用J遥感技术与应用.2004(8),262-265.2 保伶邢孟迺王彤.AT达改*技术MJ.北京：电子工业出版 11.2005.3 王SK.TX会趕鬼东.达技术M北京

16、，电 子工业出版社20054 Li Jian. Stoics P Efficient mixcd*s pectrum estimation with ap- plicaiions to target feature extraction. IEEE Trans on Sig rial Processing 1996：44(2).Li Jian, Stoica P. Zheng Dunmin Angle and w.veform estimation via RELAXJ lEEETrani. on Aerospace and Electronic/ Syuem$9 1996.采用RELA算法提

17、高单脉冲三维成像横向分辨率mHHSlg1 * 1 2 3 4 1 WAHfAHGCATA作者：作者单位：刊名：英文刊名： 年，卷(期): 被引用次数:2008,30(11)CHENG Zhen张超峰，刘丹，程臻，ZHANG Chao-feng LIU Dan，中国航天科工集团公司二院二十三所北京,100854ISTICEl|PKUSYSTEMS ENGINEERING AND ELECTRONICS参考文献(5条)1. 刘浩;吴季RELA参数估计算法在雷达目标特征提取中的应用期刊论文-遥感技术与应用2004(08)2. 保铮;邢孟道;王彤 雷达成像技术20053. 王德纯;丁家会;程望东 精密

18、跟踪测量雷达技术20054. Li Jian;Stoics P Efficient mixed-s pectrum estimation with ap-plications to target featureextraction 1996(02)5. Li Jian;Stoics P;Zheng Dunmin Angle and waveform estima-tion via RELAX 1996本文读者也读过10条)1. 焦芸.余继周.车仁泉RELA算法在ISARg分辨成像中的应用会议论文-20072. 刘浩.吴季RELA参数估计算法在雷达目标特征提取中的应用期刊论文-遥感技术与应用20

19、04,19(4)3. 马君国.王远模.李保国.赵宏钟.MA Jun-guo. WANG Yuan-mLI Bao-guo . ZHAO Hong-zhong基于距离像序列的空 间目标识别算法期刊论文-现代雷达2006,28(4)4. 王锦章.魏存伟.刘先康.梁菁.任杰.孙菲.Wang Jinzhang. Wei Cunwei. Liu Xiankang . Liang Jing . Ren Jie . SunFei基于Relax散射点特征提取的舰船目标识别方法期刊论文-电子科技2011,24(4)5. 李玺.倪晋麟.刘国岁.顾红.LI Xi . NI Jin-lin . LIU Guo-sui . GU Hong一种提高ISAR成像质量的新方法期刊论 文-电子学报2000,28(2)6. 鹿浩基于高分辨一维距离像