一種側視多普勒波束銳化與前視單脈沖復合成像方法技術

本發(fā)明專利技術涉及一種側視多普勒波束銳化與前視單脈沖復合成像方法，對接受的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，按照發(fā)送的格式進行解析，得到幀頭數(shù)據(jù)：對幀頭信息中的天線伺服方位角進行判讀，當天線伺服方位角落入±15°時，采用前視比幅單脈沖成像模式進行處理；否則采用DBS成像模式進行處理；將兩種處理方法得到的圖像結果非相參積累，拼接后得到完整圖像。與傳統(tǒng)方法相比較，本發(fā)明專利技術的創(chuàng)新點在于：利用比幅單脈沖成像技術解決了波束前視情況下DBS方法無能為力的窘境。保留了波束側視情況下傳統(tǒng)DBS成像方法的高銳化比，即高分辨率，避免了單獨使用單脈沖成像技術成像分辨率的不足。

【技術實現(xiàn)步驟摘要】

本專利技術一種屬于機載雷達成像
，具體涉及一種側視多普勒波束銳化與前視單脈沖復合成像方法，針對機載雷達進行成像時，復合利用多普勒波束銳化技術和單脈沖成像技術拼接出全掃描區(qū)域的高質量圖像。
技術介紹
在雷達成像
，多普勒波束銳化(DBS)技術應用廣泛。它利用載機平臺相對于地面雜波的方位向運動產(chǎn)生的多普勒頻率變化來提高方位向的分辨力。但是當雷達波束指向前視成像區(qū)域時，地面雜波的方位向運動產(chǎn)生的多普勒頻率變化范圍很小，即多普勒頻率展寬很小，形成前視成像盲區(qū)。單脈沖技術主要應用于雷達精確測角，單脈沖成像是利用單脈沖測角技術測得每個散射點的角度信息而完成成像的方法，它的圖像分辨率與多普勒沒有關系，只與雷達波束形狀及回波信噪比有關，不受成像區(qū)域的限制。目前應用DBS技術的成像系統(tǒng)很多，工程實現(xiàn)了的單脈沖成像系統(tǒng)國外有一些，國內目前寥寥無幾，將兩者復合應用的雷達成像系統(tǒng)則沒有。
技術實現(xiàn)思路
為了避免現(xiàn)有技術的不足之處，本專利技術提出一種側視多普勒波束銳化與前視單脈沖復合成像方法，提供一種結構合理，既工程實現(xiàn)簡單，又能夠顯著改善成像效果的復合雷達成像方法。一種側視多普勒波束銳化與前視單脈沖復合成像方法，其特征在于：FPGA通過RocketIO接收外部傳送的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA與DSP之間通過總線和鏈路口連接，步驟如下：步驟1：對接受的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，按照發(fā)送的格式進行解析，得到幀頭數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)，并在FPGA中對回波數(shù)據(jù)進行頻域距離維數(shù)字脈沖壓縮，得到有效脈沖壓縮數(shù)據(jù)：處理完成后的有效距離維單元數(shù)M，距離維分辨率c/2β，其中：c為光速，β為信號帶寬；步驟2：對幀頭信息中的天線伺服方位角進行判讀，當天線伺服方位角落入±15°時，采用前視比幅單脈沖成像模式進行處理；否則采用DBS成像模式進行處理；所述前視比幅單脈沖成像模式：1、將脈沖壓縮處理后的數(shù)據(jù)通過鏈路口送入DSP，在DSP中建立當前波束各個散射點存儲矩陣為M*K，M為表示距離維的單元個數(shù)，K為將3dB波束寬度的等分的數(shù)，sigledmc＝θ3dB/K為每個通道對應的角度值，寫入幀頭，該值用于后述前視區(qū)域的圖像拼接；2、利用ΣΔ兩路脈壓數(shù)據(jù)對當前散射點依次比幅單脈沖測角，根據(jù)差和比幅度曲線獲知角誤差angle_amp＝sumabs/subabs，根據(jù)差和比相位曲線獲知角誤差符號angle_sign＝subreal*sumreal+subimag*sumimag，以角誤差和角誤差符號作為角誤差值；將當前天線伺服方位角與角誤差值相加，獲得當前散射點的準確角度值angle＝θfw+kk*angle_sign*angle_amp；其中sumabs，subabs為和幅度，差幅度，sumreal，sumimag，subreal，subimag為和實虛部，差實虛部，kk為差和比斜率；3、根據(jù)測準確角值確定M*K存儲矩陣中的行，根據(jù)已知的距離確定M*K存儲矩陣中的列，將散射點的幅度值填入該行列對應的單元；處理±15°所有波束的所有距離維單元后，得到波束的數(shù)據(jù)矩陣；對數(shù)據(jù)矩陣進行量化處理，動態(tài)范圍保留8位；所述DBS成像模式：1、對脈沖壓縮后的ΣΔ兩路數(shù)據(jù)進行相參積累FFT處理，方位向的分辨率為fprf/N，fprf為雷達重復頻率，N為相參積累點數(shù)；2、利用幀頭數(shù)據(jù)中的慣導信息與伺服信息估算出雜波譜中心與雜波譜寬，雜波譜中心估計公式：fdc=2*((veast2+vnorth2)*cos(θfw+θel+θpl)*cos(θfy-θhg))/λ]]>雜波譜寬估計公式：Δfdc=2*((veast2+vnorth2)*θ3dB*sin(θfw+θel+θpl)*cos(θfy-θhg))/λ]]>其中，veast、vnorth為載機東速、北速，θfw、θel、θpl、θfy、θhg、λ、θ3dB分別為天線伺服方位角、電波束指向角、載機偏流角、波束俯仰角、載機橫滾角、波長、3dB波束寬度；將估計的雜波譜中心換算成對應的方位維多普勒通道號，用于方位維FFT后的雜波譜中心搬移；估計的雜波譜寬換算成多普勒通道數(shù)numΔfdc，按照公式sigle_dbs＝θ3dB/numΔfdc計算每個通道對應的角度值，寫入幀頭，該值用于后述側視區(qū)域的圖像拼接；3、將雜波譜中心兩側[-N/8,N/8]的方位向數(shù)據(jù)進行量化處理，動態(tài)范圍保留8位；步驟3：將兩種處理方法得到的圖像結果非相參積累，拼接后得到完整圖像。所述數(shù)據(jù)量化公式：datalh＝(255*datays/(lh_yz*dataall_aver))取整，其中datalh為量化后的8位數(shù)據(jù)，datays為當前待量化數(shù)據(jù)，dataall_aver為待量化所有數(shù)據(jù)的均值，lh_yz為量化因子，該因子決定了數(shù)據(jù)的量化區(qū)間。本專利技術提出的一種側視多普勒波束銳化與前視單脈沖復合成像方法，對接受的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，按照發(fā)送的格式進行解析，得到幀頭數(shù)據(jù)：對幀頭信息中的天線伺服方位角進行判讀，當天線伺服方位角落入±15°時，采用前視比幅單脈沖成像模式進行處理；否則采用DBS成像模式進行處理；將兩種處理方法得到的圖像結果非相參積累，拼接后得到完整圖像。與傳統(tǒng)方法相比較，本專利技術的創(chuàng)新點在于：1、利用比幅單脈沖成像技術解決了波束前視情況下DBS方法無能為力的窘境。2、保留了波束側視情況下傳統(tǒng)DBS成像方法的高銳化比，即高分辨率，避免了單獨使用單脈沖成像技術成像分辨率的不足。附圖說明圖1：復合成像系統(tǒng)處理流程圖圖2：比幅單脈沖成像子系統(tǒng)實現(xiàn)框圖圖3：DBS成像子系統(tǒng)實現(xiàn)框圖具體實施方式現(xiàn)結合實施例、附圖對本專利技術作進一步描述：本專利技術實現(xiàn)的硬件平臺以一塊運算處理板及一塊單板機為例。運算處理板上包括一塊Xilinx?FPGA-V6lx315t(其外掛4片DDR3，4片QDRII+)，還包括兩塊AD公司的TigerShack-201DSP，F(xiàn)PGA通過RocketIO接收外部傳送的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA與DSP之間通過總線和鏈路口連接。同時FPGA通過PCIE與單板機連接，單板機為X86構架。步驟1：對接受的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)進行解析，包括幀頭數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)，并在FPGA中對其進行頻域距離向數(shù)字脈沖壓縮，距離向本文檔來自技高網(wǎng)...

【技術保護點】
一種側視多普勒波束銳化與前視單脈沖復合成像方法，其特征在于：FPGA通過RocketIO接收外部傳送的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA與DSP之間通過總線和鏈路口連接，步驟如下：步驟1：對接受的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，按照發(fā)送的格式進行解析，得到幀頭數(shù)據(jù)和回波數(shù)據(jù)，并在FPGA中對回波數(shù)據(jù)進行頻域距離維數(shù)字脈沖壓縮，得到有效脈沖壓縮數(shù)據(jù)：處理完成后的有效距離維單元數(shù)M，距離維分辨率c/2β，其中：c為光速，β為信號帶寬；步驟2：對幀頭信息中的天線伺服方位角進行判讀，當天線伺服方位角落入±15°時，采用前視比幅單脈沖成像模式進行處理；否則采用DBS成像模式進行處理；所述前視比幅單脈沖成像模式：1、將脈沖壓縮處理后的數(shù)據(jù)通過鏈路口送入DSP，在DSP中建立當前波束各個散射點存儲矩陣為M*K，M為表示距離維的單元個數(shù)，K為將3dB波束寬度的等分的數(shù)，sigledmc＝θ3dB/K為每個通道對應的角度值，寫入幀頭，該值用于后述前視區(qū)域的圖像拼接；2、利用ΣΔ兩路脈壓數(shù)據(jù)對當前散射點依次比幅單脈沖測角，根據(jù)差和比幅度曲線獲知角誤差angle_amp＝sumabs/subabs，根據(jù)差和比相位曲線獲知角誤差符號angle_sign＝subreal*sumreal+subimag*sumimag，以角誤差和角誤差符號作為角誤差值；將當前天線伺服方位角與角誤差值相加，獲得當前散射點的準確角度值angle＝θfw+kk*angle_sign*angle_amp；其中sumabs，subabs為和幅度，差幅度，sumreal，sumimag，subreal，subimag為和實虛部，差實虛部，kk為差和比斜率；3、根據(jù)測準確角值確定M*K存儲矩陣中的行，根據(jù)已知的距離確定M*K存儲矩陣中的列，將散射點的幅度值填入該行列對應的單元；處理±15°所有波束的所有距離維單元后，得到波束的數(shù)據(jù)矩陣；對數(shù)據(jù)矩陣進行量化處理，動態(tài)范圍保留8位；所述DBS成像模式：1、對脈沖壓縮后的ΣΔ兩路數(shù)據(jù)進行相參積累FFT處理，方位向的分辨率為fprf/N，fprf為雷達重復頻率，N為相參積累點數(shù)；2、利用幀頭數(shù)據(jù)中的慣導信息與伺服信息估算出雜波譜中心與雜波譜寬，雜波譜中心估計公式：fdc=2*(veast2+vnorth2*cos(θfw+θel+θpl)*cos(θfy-θhg))/λ]]>雜波譜寬估計公式：Δfdc=2*(veast2+vnorth2*θ3dB*cos(θfw+θel+θpl)*cos(θfy-θhg))/λ]]>其中，veast、vnorth為載機東速、北速，θfw、θel、θpl、θfy、θhg、λ、θ3dB分別為天線伺服方位角、電波束指向角、載機偏流角、波束俯仰角、載機橫滾角、波長、3dB波束寬度；將估計的雜波譜中心換算成對應的方位維多普勒通道號，用于方位維FFT后的雜波譜中心搬移；估計的雜波譜寬換算成多普勒通道數(shù)numΔfdc，按照公式sigle_dbs＝θ3dB/numΔfdc計算每個通道對應的角度值，寫入幀頭，該值用于后述側視區(qū)域的圖像拼接；3、將雜波譜中心兩側[?N/8,N/8]的方位向數(shù)據(jù)進行量化處理，動態(tài)范圍保留8位；步驟3：將兩種處理方法得到的圖像結果非相參積累，拼接后得到完整圖像。...

【技術特征摘要】
1.一種側視多普勒波束銳化與前視單脈沖復合成像方法，其特征在于：FPGA通過
RocketIO接收外部傳送的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，F(xiàn)PGA與DSP之間通過總線和鏈路
口連接，步驟如下：
步驟1：對接受的ΣΔ兩路基帶數(shù)據(jù)，按照發(fā)送的格式進行解析，得到幀頭數(shù)據(jù)和
回波數(shù)據(jù)，并在FPGA中對回波數(shù)據(jù)進行頻域距離維數(shù)字脈沖壓縮，得到有效脈沖壓
縮數(shù)據(jù)：處理完成后的有效距離維單元數(shù)M，距離維分辨率c/2β，其中：c為光速，
β為信號帶寬；
步驟2：對幀頭信息中的天線伺服方位角進行判讀，當天線伺服方位角落入±15°時，
采用前視比幅單脈沖成像模式進行處理；否則采用DBS成像模式進行處理；
所述前視比幅單脈沖成像模式：
1、將脈沖壓縮處理后的數(shù)據(jù)通過鏈路口送入DSP，在DSP中建立當前波束各個
散射點存儲矩陣為M*K，M為表示距離維的單元個數(shù)，K為將3dB波束寬度的等分
的數(shù)，sigledmc＝θ3dB/K為每個通道對應的角度值，寫入幀頭，該值用于后述前視區(qū)域
的圖像拼接；
2、利用ΣΔ兩路脈壓數(shù)據(jù)對當前散射點依次比幅單脈沖測角，根據(jù)差和比幅度曲
線獲知角誤差angle_amp＝sumabs/subabs，根據(jù)差和比相位曲線獲知角誤差符號
angle_sign＝subreal*sumreal+subimag*sumimag，以角誤差和角誤差符號作為角誤差值；
將當前天線伺服方位角與角誤差值相加，獲得當前散射點的準確角度值
angle＝θfw+kk*angle_sign*angle_amp；
其中sumabs，subabs為和幅度，差幅度，sumreal，sumimag，subreal，subimag為和實虛部，
差實虛部，kk為差和比斜率；
3、根據(jù)測準確角值確定M*K存儲矩陣中的行，根據(jù)已知的距離確定M*K存儲
矩陣中的列，將散射點的幅度值填入該行列對應的單元；
處理±15°所有波束的所有距離維單元后，得到波束的數(shù)據(jù)矩陣；對數(shù)據(jù)矩陣進行
量化...

【專利技術屬性】
技術研發(fā)人員：雷剛，向聰，羅丁利，張濤，李濤，
申請(專利權)人：西安電子工程研究所，
類型：發(fā)明
國別省市：陜西;61