基于相位相消的频率步进信号雷达成像方法

测量装置的制造及其应用技术1.本发明属于雷达成像技术领域，具体地说是一种基于相位相消的频率步进信号雷达成像方法。背景技术：2.利用雷达实现对目标进行一维距离高分辨成像，不仅具有雷达全天候、全天时和主动探测的优点，而且能够获得目标距离向细节信息，从而提高对目标检测、定位和识别的能力。频率步进信号从70年代末被提出到现在，因其具有接收瞬时带宽小、可合成大带宽、硬件需求低等优点，被广泛应用于军事、医疗、勘探、自动驾驶等领域。3.在频率步进雷达成像过程中，目标高分辨率距离像会受到运动速度的影响，引起成像点的距离徙动和波形发散。距离徙动将导致无法精确测距，而波形发散会使距离像失真，这将严重影响后端的目标识别，最终会降低目标成像质量。在成像前必须消除目标速度对目标成像的影响。4.目前，频率步进信号雷达成像方法如中国发明专利“一种频率步进雷达目标运动参数估计方法”(申请号：cn110441749a公开日：2019年07月19号)所述方法包括如下步骤：获取目标的回波信号；去除回波信号中的载波及二次相位项；根据去除载波和二次相位项的回波信号得到距离-速度二维参数谱；对距离-速度二维参数谱进行去噪处理，得到目标运动的参数。5.上述频率步进雷达成像过程中，先对目标进行速度估计，然后进行运动补偿，最后实现目标成像。计算时间过长，因此实时性不高，不适合高速目标的快速成像。6.除去传统速度补偿方法，还可以对波形进行设计，通过相位相消算法来抵消速度对目标点成像的影响。由chen h y,liu y x,jiang w等发表的论文“a new approach for synthesizing the range profile of moving targets via stepped-frequency waveforms”(ieee geoscience&remote sensing letters,2006,3(3):406-409)所述设计了两个顺序发射频率步进信号，其中一个信号的脉冲重复周期是另一个的2倍，结合后期算法以抵消目标速度，该波形设计在低信噪比环境下会出现虚假目标，不利于分辨实际目标成像位置。7.总之，现有技术存在的问题是：频率步进信号雷达成像在低信噪比环境下对运动目标的分辨效果差。技术实现要素：8.本发明的目的在于提供一种基于相位相消的频率步进信号雷达成像方法，以提高高速运动目标的高分辨成像效果。9.实现本发明目的的技术解决方案为：10.一种基于相位相消的频率步进信号雷达成像方法，包括如下步骤：11.(10)频率步进信号发射：交替发射两组频率步进信号，其中一组频率步进信号的脉冲重复周期是另一频率步进信号的脉冲重复周期的2倍；12.(20)回波信号获取：获取目标散射点反射的回波数据；13.(30)距离像运动补偿：采用改进的相位相消算法，对回波数据进行距离像速度相位补偿；14.(40)频率步进信号距离成像：对回波采样序列做逆傅里叶变换，再进行过采样拼接，得到运动目标的高分辨静止距离像。15.本发明与现有技术相比，其显著优点有：16.1、计算量小：根据相位相消算法的双脉组成像，省略了速度估计步骤，算法流程相对简单，在保证目标成像质量的同时，处理时间短。17.2、成像分辨效果好：本发明将两组顺序发送的频率步进信号改进为改进交叉发送，并改进相位相消算法来实现高速运动目标的高分辨成像，在小信噪比情况下高速运动目标的成像效果均优于已有算法。18.下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。附图说明19.图1为本发明基于相位相消的频率步进信号雷达成像方法的主流程图。20.图2为发送的双脉组频率步进信号交叉波形。21.图3为图1中获取回波信号步骤的流程图。22.图4为图1中距离像运动补偿步骤的流程图。23.图5为图1中频率步进信号高分辨距离成像步骤的流程图。24.图6为snr＝15db时双脉组高分辨距离成像图形。具体实施方式25.如图1所示，本发明基于相位相消的频率步进雷达成像方法，包括如下步骤：26.(10)频率步进信号发射：交替发射两组频率步进信号，其中一组频率步进信号的脉冲重复周期是另一频率步进信号的脉冲重复周期的2倍；27.所述交替发射的两组频率步进信号为对目标速度相对不敏感的双脉组发射波形，发送的双脉组频率步进信号交叉波形如图2所示。28.(20)回波信号获取：获取目标散射点反射的回波数据；29.如图3所示，所述(20)获取回波信号步骤包括：30.(21)收集信号：收集双脉组频率步进信号的回波信号；31.(22)相干解调：将所述回波信号经过相干解调处理，得到混频后的信号r1(t)、r2(t)。32.(30)距离像运动补偿：采用改进的相位相消算法，对回波数据进行距离像速度相位补偿；33.在已有的相位相消算法上进行改进，通过新算法对回波数据进行距离像速度相位补偿，从而抵消了速度对成像的影响。34.如图4所示，所述(30)距离像运动补偿步骤包括：35.(31)信号采样：对所述混频后的信号r1(t)、r2(t)进行同距离采样，得到两个脉冲组的回波采样序列r1(m，n)、r2(m，n)，其中同距离采样点分别是t1＝ntr+mts，t2＝ntr+n2tr+mts，36.式中，m为采样单元序列，n为步进长度，tr为脉冲周期，fs为接收信号的采样率，ts为采样率的倒数，即采样时间；37.(32)速度相位补偿：根据如下改进的相位相消算法公式，对每个脉冲组的第n个回波采样序列进行相位相消，得到距离像运动补偿后的回波：[0038][0039](40)频率步进信号距离成像：对回波采样序列做逆傅里叶变换，再进行过采样拼接，得到运动目标的高分辨静止距离像；[0040]如图5所示，所述(40)频率步进信号高分辨距离成像包括如下步骤：[0041](41)逆傅里叶变换：对距离像速度补偿后的回波r(m，n)按列做逆傅里叶变换，并进行归一化，得到归一化高分辨距离像；[0042](42)过采样拼接：将成像距离范围设置为一个距离门长度，在对采样点进行功率谱合成时，将相邻的距离像拼接，再通过同距离选大法，比较出最大的数据拼接成距离像，得到运动目标的高分辨静止距离像。[0043]归一化后的高分辨距离像存在一定冗余，再进行过采样拼接去除冗余。将成像距离范围设置为一个距离门长度，在对采样点进行功率谱合成时，将相邻的距离像拼接，再通过同距离选大法，比较出最大的数据拼接成距离像，如图6所示。[0044]使用本发明方案，用于实现小信噪比环境下运动目标的成像情况，对高速运动目标成像提供了思路，解决了实验实施困难的问题，有效提高了实验效率。









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