CN115656944B 基于mimo雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方法 （哈尔滨工程大学）

基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪散射面元电磁散射特征、位置间的时变关联模射波和一次反射波可见的散射面元构造补偿字特征，进而纠正雷达图像中船舶运动引起的RCS2步骤二、获取MIMO雷达探测的舰船目标回波与各散射所述时变关联特征通过如下方式获得：利用收发阵元构成的虚拟通道获得散磁波和一次反射波可见且不被其它面元遮挡的步骤五、根据步骤四获得的获得对入射电磁波和一次反步骤六、基于步骤五获取的雷达成像结果，进一步消除2.根据权利要求1所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方步骤一一、构建舰船模型并对舰船模型成像区域划分网步骤一二、采用物理光学法获得散射面元的RCS特征，根步骤一三、利用步骤一二获得的各散射面元的电磁散射强度σk获取MIMO雷达探测的舰3.根据权利要求2所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方3kk(t))是第k个散射面元在t时刻的坐标4.根据权利要求3所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方mk步骤三二、针对步骤三一获得的收发阵元构成示在t时刻索引为m,n,l的等效虚拟通道对第k个散射步骤三三、根据步骤三二获得的Smnk和公式(4)获取散射面元5.根据权利要求4所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方46.根据权利要求5所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方①对每个散射面元遍历进行对入射波的直接可见性分析：若散射面元的法向量满足遮挡，若其他散射面元对可见且中间没有被其它散射面元遮挡，则k7.根据权利要求6所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方步骤五一、利用步骤四获得的散射面元构建补偿字典并5MPK是第K个面元的导向矢量，A为真实目标信号的阵列流然后，利用步骤四获得的散射面元获取信号收发过程中潜在的伪影路径从而构利用以下公式对每个散射面元的视角方向寻找对应的伪影坐标，将对应的步骤五四、基于步骤五三构建的补偿字典对雷达接收的回波进步骤五五、利用公式(15)构造稀疏重构优化问8.根据权利要求7所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方9.根据权利要求8所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方6xyz度，表示散射面元散射中心的三维坐标，Vd是目标各维运动速度的合成速步骤六二、根据步骤六一获得的多普频移获取舰船运动分：10.根据权利要求9所述的基于MIMO雷达的舰船图像电磁散射特征闪烁的精确校正方k7散射截面积(RadarCrossSection,RCS)线性决定，产生舰船电磁散射特征闪烁现象的首[0003]针对目标RCS建模，文献(IervolBackscatteringFromaCanonicalShipinSARImagery.IEEEJournalofSelectedTopicsinAppliedEarthObservationsandRemoteSensing,vol.9,no.3,pp.1163_1175,2016.)在研究中分析了目标的静态平稳RCS特征，并基于几何光学法(Geometrical学报,2005,04:65_68.)通过插值方法获取了目标RCS随各类运动的变化规律，在全方位静低。相关研究(TangB,ChenH,HuangL,etal.Dynamicradarcross_sectionexperimental.TurkishJournalofElectricalEngineering&ComputerSciences,radarimagingofshiptargetswithcomplexmotionbasedonmatchfouriertransformforcubicchirpsmodel.IETRadarSonar&Navigation,vol.7,no.9,景进行有效建模。同时，在相关研究(ShiFY,LiZQ,ZhangM,etal.AnalysisandsimulationoftheMicro_Dopplersignatureradaratdifferentobservationangles.IEEEGeoscienceandRemoteSensingFromtheCompositeShip_OceanScene:DopplerSpectrumAnalysisBasedontheMotionofSixDegreesofFreedom.IEEETransactionsonAntennasand8谱等RCS误差因素展开分析研究，并提出了几何光学_物理光学法(GeometricalopticsandPhysicaloptics,GO_PO)等RCS计算方法，但未结合真实雷达系统观测到的成像结果合成孔径时间限制了对舰船RCS的实时估计，并且在合成孔径机制下这种偏差会在采样时(WangW,HuZY,HuangP.3_DMIMOradarimagingofshiptargetwithrotational[0005]本发明目的是为了解决现有的舰船目标成像结果还存在射电磁波和一次反射波可见且不被其它面元遮9k[0038]其中，hmnlk是发射阵元和接收阵元合成的等效阵元到散射面元k的单位向量，A,()表示在t时刻索引为m,n,l的等效虚拟通道对第k个散射面元的观测视角；[0049]所述步骤四获得的散射面元为获得对入射电磁波和一次反射波可见且不被其它[0057]利用以下公式对每个散射面元的视角方向寻找对应的伪影坐标，将对[0060]步骤五三、利用步骤五二确定每个元素的权值后的H和公式(13)获得MIMO雷达回[0061]步骤五四、基于步骤五三构建的补偿字典对雷达接收的回波进行处理，将公式[0064]进一步地，所述步骤五三中的利用步骤五二确定每个元素的权值后的H和公式：[0087]最后，利用公式(6)根据偏转角度和偏转方向对每个散射面元电磁散射特征进行[0089]本发明通过分析和补偿造成舰船RCS失真的相关因素，提出了一种有效的舰船目发明重点针对每个面元对入射电磁波和一次反射波的可见性变化，提出判断与修正方法，实现了在不同视距或观测通道中的主动补偿。本发明通过分析回波中的微多普勒频移特时存在的电磁散射畸变或失真问题，消除了舰船目标成像结果中的电磁散射特征闪烁偏[0098]图5(a)图5(b)是未进行补偿时在近俯视状态下对舰船目标的成像结果在XY面、[0100]图6(a)图6(b)是未进行补偿时在近侧视状态下对舰船目标的成像结果在XY面、[0106]图9(a)图9(b)是t＝6.3s时的未进行补偿的运动舰船成像结果在XY面与XZ面的[0108]图10(a)图10(b)是t＝10.1s时的未进行补偿的运动舰船成像结果在XY面与XZ面[0110]对于舰船这类电大尺寸目标，它的电磁散射特征由船体各处散射面元共同构成。目标散射面元的RCS是表征散射面元回波电磁散射强度的重要物理量，它代表散射面元散射的回波功率与入射波功率密度之比的4π倍，即散射面元的RCS与其电磁散射能量系数成达间的距离，Sk为面积为A的第k个散射面元投影在雷达视线(LineofSight,LoS)φ方向[0123]结合之前的研究(WangW,HuZY,HuangP.3_DMIMOradarimagingtargetwithrotationalmotions.Radioengineering,vol.28,no.4,pp.776_784,kk[0127]由于舰船整体的RCS由船体各个散射面元共同组成，通过雷达成像技术处理回波ZhangM,ChenH,etal.RadarScatteringFromtheCompositeShip_OceanScene:DopplerSpectrumAnalysisBasedontheMotionofSixDegreesofFreedom.IEEETransactionsonAntennasandPropagation,vol.62,no.8,pp.4341_4347,2014.)所述，[0130]首先，在时变关联模型中考虑到了不同收发通道并构造可适用于MIMO雷达等较多收发通道的载体平台，而每个虚拟通道中获取的RCS径向投影实[0142]其中，hmnlk是发射阵元和接收阵元合成的等效阵元到散射面元k的单位向量，表示在t时刻索引为m,n,l的等效虚拟通道对第k个面元的观测视角；射电磁波和一次反射波可见且不被其它面元遮k,是满足遮挡条件的散射面元的法向量，kb是满足遮挡条件的散射面元的[0151]③判断散射面元的一次反射波可见性：k1面元反射波向量为准则与上述①②相同，若可见且中间没有被其它散射面元遮挡，则k次反射波可见，即k2的散射回波中就需要考虑k1面元反射波带来的散射增益。若条件不满2面元对k1面元的一次反射波不可见。是潜在的伪影路径，d0是真实目标回波，dMP表示多径回波，ces是NLM×QK维的矩阵，Yaw等转动会带来雷达回波中的微多普勒频移使得图像失真，并引起面元不规则偏转导致[0180]式中的位置偏移量ΔR实际上可直观表现为面元的三维坐标偏移量ImagingandMotionEstimationfor3_DManeuveringShipTarget.IEEETransactionsonInstrumentationandMeasurement,vol.70,pp.1_12,2021.)可完成对：[0194]最后，利用公式(6)根据偏转角度和偏转方向对每个散射面元电磁散射特征进行所用的舰船模型为前文构造的等比例某型驱逐舰，散射面元大小与划分的网格大小相同。分析及散射面元间的遮挡判断情况，可实现对图像中失真散射面元RCS闪烁偏差的主动补[0201]图7中描述了不同阵元间距下多通道间的观测矢量差异带来该部分RCS损失的校正结果，考虑到回波中的噪声影响，在本文雷达成像与信号处理过程[0204]图8(a)、(b)中表示的是回波中包含一次反射波在散射面元间的二次散射过程所断恢复出被遮挡的散射面元RCS特征，最终对这两个时刻的图像闪烁修正结果呈现在图9