CN108279406B

CN108279406B - 一种雷达的解耦合方法、装置、系统及存储介质

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Publication number: CN108279406B
Application number: CN201810339378.2A
Authority: CN
Inventors: 邢涛; 李军; 韦立登
Original assignee: Beijing Institute of Radio Measurement
Current assignee: Beijing Institute of Radio Measurement
Priority date: 2018-04-16
Filing date: 2018-04-16
Publication date: 2020-06-05
Anticipated expiration: 2038-04-16
Also published as: CN108279406A

Abstract

本发明公开了一种雷达的解耦合方法、装置、系统及存储介质，涉及雷达技术领域。该方法，包括：获取目标的方位信息，根据方位信息得到目标的回波模型；获取雷达的采样信息和脉冲信息，根据采样信息和脉冲信息得到雷达的距离频率模型和方位频率模型；根据回波模型、距离频率模型和方位频率模型得到解耦合模型；根据解耦合模型对雷达的距离频率和方位频率进行解耦合。本发明提供的一种雷达的解耦合方法、装置、系统及存储介质，具有成像质量好的优点，且处理的质量与Stolt插值相近，但解耦合模型一旦建立，就只需要通过模型即可进行解耦合，处理效率要高于Stolt插值，具有处理效率高的优点。

Description

一种雷达的解耦合方法、装置、系统及存储介质

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达的解耦合方法、装置、系统及存储介质。

背景技术

目前，在二维频域，卫星雷达接收的回波数据中，目标物的距离数据和方位数据是耦合在一起的。在数据处理时，通常通过级数展开对回波数据进行解耦合处理，以得到距离数据和方位数据。然而，级数展开解耦合存在展开误差，大带宽比下成像质量严重下降，而频域Stolt插值能精确解耦合，但插值运算量较大，处理效率较低。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种雷达的解耦合方法、装置、系统及存储介质。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：

一种雷达的解耦合方法，包括：

获取目标的方位信息，根据所述方位信息得到所述目标的回波模型；

获取所述雷达的采样信息和脉冲信息，根据所述采样信息和脉冲信息得到所述雷达的距离频率模型和方位频率模型；

根据所述回波模型、所述距离频率模型和所述方位频率模型得到解耦合模型；

根据所述解耦合模型对所述雷达的距离频率和方位频率进行解耦合。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种雷达的解耦合方法，通过回波模型、距离频率模型和方位频率模型建立解耦合模型，再通过解耦合模型对雷达进行解耦合，得到雷达的距离频率和方位频率，能够避免级数展开解耦合存在展开误差所导致的大带宽比下成像质量严重下降的问题，具有成像质量好的优点，且处理的质量与Stolt插值相近，但解耦合模型一旦建立，就只需要通过模型即可进行解耦合，处理效率要高于Stolt插值，具有处理效率高的优点。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述解耦合方法还包括：

根据所述回波模型的自变量对所述解耦合模型进行二维逆傅里叶变换，得到所述雷达的雷达图像模型；

根据所述雷达图像模型进行成像。

采用上述进一步方案的有益效果是：通过对解耦合模型进行二维逆傅里叶变换，能够快速得到雷达的雷达图像模型，具有成像速度快，成像质量高的优点。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种雷达的解耦合装置，包括：

第一获取单元，用于获取目标的方位信息；

第一处理单元，用于根据所述方位信息得到所述目标的回波模型；

第二获取单元，用于获取所述雷达的采样信息和脉冲信息；

第二处理单元，用于根据所述采样信息和脉冲信息得到所述雷达的距离频率模型和方位频率模型；

建模单元，用于根据所述回波模型、所述距离频率模型和所述方位频率模型得到解耦合模型；

解耦合单元，用于根据所述解耦合模型对所述雷达的距离频率和方位频率进行解耦合。

本发明的有益效果是：本发明提供的一种雷达的解耦合装置，通过回波模型、距离频率模型和方位频率模型建立解耦合模型，再通过解耦合模型对雷达进行解耦合，得到雷达的距离频率和方位频率，能够避免级数展开解耦合存在展开误差所导致的大带宽比下成像质量严重下降的问题，具有成像质量好的优点，且处理的质量与Stolt插值相近，但解耦合模型一旦建立，就只需要通过模型即可进行解耦合，处理效率要高于Stolt插值，具有处理效率高的优点。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步地，所述解耦合装置还包括：

第三处理单元，用于根据所述回波模型的自变量对所述解耦合模型进行二维逆傅里叶变换，得到所述雷达的雷达图像模型；

图像处理单元，用于根据所述雷达图像模型进行成像。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种雷达的解耦合系统，包括：雷达、显示终端以及如上述技术方案中任一所述的解耦合装置，所述雷达用于探测目标，得到所述目标的方位信息，所述显示终端用于显示解耦合结果。

本发明解决上述技术问题的另一种技术方案如下：

一种存储介质，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如上述技术方案中任一所述的方法。

本发明附加的方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明实践了解到。

附图说明

图1为本发明一种雷达的解耦合方法的实施例提供的流程示意图；

图2为本发明一种雷达的解耦合方法的其他实施例提供的流程示意图；

图3为本发明一种雷达的解耦合方法的其他实施例提供的流程示意图；

图4为本发明一种雷达的解耦合方法的其他实施例提供的流程示意图；

图5为本发明一种雷达的解耦合方法的其他实施例提供的流程示意图；

图6为本发明一种雷达的解耦合方法的其他实施例提供的雷达航向示意图；

图7为本发明一种雷达的解耦合装置的实施例提供的结构框架图；

图8为本发明一种雷达的解耦合系统的实施例提供的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实施例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，为本发明一种雷达的解耦合方法的实施例提供的流程示意图，该解耦合方法包括：

S1，获取目标的方位信息，根据方位信息得到目标的回波模型。

需要说明的是，目标指的是雷达探测的目标物，目标的方位信息指的是目标物的地理位置信息，例如SAR(合成孔径雷达)在探测目标时，会根据探测回波得到目标的方位坐标、目标与SAR的天线相位中心之间的斜距等，这些就是目标的方位信息，根据方位信息，可以建立目标的回波公式，即目标的回波模型。

应理解，不用的雷达其获取的目标的方位信息的类型也不同，例如，还可以获取目标与雷达的天线相位中心之间的垂直距离、斜视角等，这些都可以作为建立空变模型的依据。

S2，获取雷达的采样信息和脉冲信息，根据采样信息和脉冲信息得到雷达的距离频率模型和方位频率模型。

需要说明的是，雷达的采样信息包括采样频率、距离采样点个数等，雷达的脉冲信息包括脉冲重复频率、方位脉冲个数等。

距离频率模型指的是距离频率的表达式，由于得到的距离频率是离散的，可以用一系列离散的频率值表示距离频率模型，方位频率模型同理。

应理解，在常规成像处理时，距离频谱和方位频谱均通过FFT进行，距离频率为与距离FFT对应的离散距离频率，方位频率为与方位FFT对应的离散方位频率，距离频率可通过采样频率、距离采样点个数等进行表达，得到距离频率的表达式，即距离频率模型；方位频率可通过脉冲重复频率、方位脉冲个数等进行表达，得到方位频率的表达式，即方位频率模型。

S3，根据回波模型、距离频率模型和方位频率模型得到解耦合模型。

需要说明的是，由于步骤S2中的距离频率模型和方位频率模型都是离散的，那么可以对距离频率和方位频率进行非均匀频率替换，再以替换后的距离频率模型和方位频率模型为自变量，对回波模型进行非均匀傅里叶变换，得到解耦合模型。

应理解，解耦合模型中的距离频率和方位频率都是非离散的，上述给出了一种得到解耦合模型的方法，实际还可以离散的距离频率模型和方位频率模型为自变量，对回波模型进行非均匀傅里叶变换，在对得到的模型中的距离频率和方位频率进行非均匀频率替换，得到解耦合模型。

S4，根据解耦合模型对雷达的距离频率和方位频率进行解耦合。

本实施例提供的一种雷达的解耦合方法，通过回波模型、距离频率模型和方位频率模型建立解耦合模型，再通过解耦合模型对雷达进行解耦合，得到雷达的距离频率和方位频率，能够避免级数展开解耦合存在展开误差所导致的大带宽比下成像质量严重下降的问题，具有成像质量好的优点，且处理的质量与Stolt插值相近，但解耦合模型一旦建立，就只需要通过模型即可进行解耦合，处理效率要高于Stolt插值，具有处理效率高的优点。

可选地，在一些实施例中，如图2所示，步骤S1具体可以包括：

S11，获取目标的方位位置、距离位置和斜视角。

应理解，目标的方位位置、距离位置和斜视角等均可以通过雷达探测得到。

S12，根据方位位置、距离位置和斜视角，得到雷达与目标之间的斜距。

例如，可以根据三角函数公式计算得到雷达与目标之间的斜距。

S13，根据斜距和雷达的载频，得到目标的回波模型。

应理解，为了建立目标的回波模型，还需要快时间、光速、雷达的速度等参数。

可选地，在一些实施例中，如图3所示，步骤S3具体可以包括：

S31，分别对距离频率模型和方位频率模型进行非均匀频率替换。

需要说明的是，可以将距离频率模型替换为新的距离频率模型，新的距离频率模型是非离散的模型；同样可以将方位频率模型替换为新的方位频率模型，新的方位频率模型是非离散的模型。

例如，新的距离频率模型可以通过距离频率模型和预设的实常数进行表达，使其变为非离散的变量，方位频率模型同理。

实常数可以根据实际需求设置。

S32，以替换后的距离频率模型和方位频率模型为自变量，对回波模型进行非均匀傅里叶变换，得到解耦合模型。

可选地，在一些实施例中，如图4所示，步骤S31具体可以包括：

S311，将距离频率模型通过方位频率模型、预设的第一实常数集、预设的第二实常数集、雷达的载频和雷达的速度进行表达，得到新的距离频率模型，将距离频率模型替换为新的距离频率模型，新的距离频率模型为非均匀分布的非离散变量。

需要说明的是，预设的第一实常数集和预设的第二实常数集中的实常数可以相同、部分相同或不同。

S312，将方位频率模型通过第一实常数集和载频进行表达，得到新的方位频率模型，将方位频率模型替换为新的方位频率模型，新的方位频率模型为非均匀分布的非离散变量。

可选地，在一些实施例中，如图5所示，该解耦合方法还可以包括：

S5，根据回波模型的自变量对解耦合模型进行二维逆傅里叶变换，得到雷达的雷达图像模型。

S6，根据雷达图像模型进行成像。

通过对解耦合模型进行二维逆傅里叶变换，能够快速得到雷达的雷达图像模型，具有成像速度快，成像质量高的优点。

可以理解，可选地，在一些实施例中，可以包含如上述各实施例中的部分或全部步骤。

下面以一个具体的例子进行说明。

如图6所示，为t_m时刻雷达的航向示意图，图中，雷达从A处出发，沿航向飞行，速度为V₀，斜视角为θ₀。在t_m时刻，天线相位中心B与点目标P的瞬时斜距为R(t_m)：

其中，X_n为点目标P的方位位置，R_n为点目标P的距离位置。γ是发射的LFM信号的调频率。

根据斜距R(t_m)可以得到回波信号的表达式：

其中，t_m表示方位慢时间，用于描述雷达沿方位向的运动，

为距离快时间，用于描述电磁波沿距离向的传播，f_c为载频，c为光速。

接着，建立雷达的离散的距离频率模型和方位频率模型。

设F_s为采样频率，距离采样点个数为N。PRF为脉冲重复频率，方位脉冲个数为M。在常规成像处理时，距离频谱和方位频谱均通过FFT进行，令f_r为与距离FFT对应的离散距离频率，f_a为与方位FFT对应的离散方位频率。此时，f_r、f_a分别如式(3)、式(4)所示：

可以理解，式(3)、式(4)中的f_r、f_a为均匀分布的离散变量，这个时候得到的二维频谱

距离和方位分量是耦合在一起的，给成像处理造成困难，基于此，进行如下的非均匀频率替换：

其中，F_r为替换后的非均匀非离散的距离频率，F_a为替换后的非均匀非离散的方位频率，a_i，b_i，c_i为预设的实常数，i＝1，2。

接着，以F_r和F_a为自变量对回波模型进行非均匀傅里叶变换：

根据式(5)可知，F_r是非均匀的，那么忽略无关常数项及距离脉压项，把式(5)代入式(6)中，得到式(6)的显式形式：

式(7)中，等号右边只含有f_r、f_a分离开的两个指数项，达到了距离频率和方位频率分离的目的，即通过式(6)的非均匀傅里叶变换去除了距离和方位的耦合。

接着还可以根据式(7)进行成像。

由于式(7)等号右边只含有f_r、f_a项，因此重写式(7)如下：

式(3)、式(4)表明f_r、f_a为独立的均匀离散频点，式(8)二维逆傅里叶变换为：

其中，△f_r、△f_a分别为距离向和方位向带宽。

式(9)的显式形式如下所示。

式(10)即为理想的SAR图像。

如图7所示，为本发明一种雷达的解耦合装置的实施例提供的结构框架图，该解耦合装置包括：

第一获取单元11，用于获取目标的方位信息。

第一处理单元12，用于根据方位信息得到目标的回波模型。

第二获取单元13，用于获取雷达的采样信息和脉冲信息。

第二处理单元14，用于根据采样信息和脉冲信息得到雷达的距离频率模型和方位频率模型。

建模单元15，用于根据回波模型、距离频率模型和方位频率模型得到解耦合模型。

解耦合单元16，用于根据解耦合模型对雷达的距离频率和方位频率进行解耦合。

需要说明的是，本实施例是与上述各实施例对应的产品示例，对于本实施例中各部分的说明可以参考上述实施例中的对应说明，在此不再赘述。

本实施例提供的一种雷达的解耦合装置，通过回波模型、距离频率模型和方位频率模型建立解耦合模型，再通过解耦合模型对雷达进行解耦合，得到雷达的距离频率和方位频率，能够避免级数展开解耦合存在展开误差所导致的大带宽比下成像质量严重下降的问题，具有成像质量好的优点，且处理的质量与Stolt插值相近，但解耦合模型一旦建立，就只需要通过模型即可进行解耦合，处理效率要高于Stolt插值，具有处理效率高的优点。

可选地，在一些实施例中，第一获取单元11具体用于获取目标的方位位置、距离位置和斜视角。

第一处理单元12具体用于根据方位位置、距离位置和斜视角，得到雷达与目标之间的斜距，并根据斜距和雷达的载频，得到目标的回波模型。

可选地，在一些实施例中，建模单元15具体用于分别对距离频率模型和方位频率模型进行非均匀频率替换，并以替换后的距离频率模型和方位频率模型为自变量，对回波模型进行非均匀傅里叶变换，得到解耦合模型。

可选地，在一些实施例中，建模单元15具体用于将距离频率模型通过方位频率模型、预设的第一实常数集、预设的第二实常数集、雷达的载频和雷达的速度进行表达，得到新的距离频率模型，将距离频率模型替换为新的距离频率模型，新的距离频率模型为非均匀分布的非离散变量，并将方位频率模型通过第一实常数集和载频进行表达，得到新的方位频率模型，将方位频率模型替换为新的方位频率模型，新的方位频率模型为非均匀分布的非离散变量。

可选地，在一些实施例中，该解耦合装置还可以包括：

第三处理单元17，用于根据回波模型的自变量对解耦合模型进行二维逆傅里叶变换，得到雷达的雷达图像模型。

图像处理单元18，用于根据雷达图像模型进行成像。

如图8所示，为本发明一种雷达的解耦合系统的实施例提供的结构示意图，该解耦合系统包括：雷达2、显示终端3、接收端4以及如上述各实施例中任一的解耦合装置1，雷达2用于探测目标，得到目标的方位信息，显示终端3用于显示解耦合结果。

雷达2在对目标进行探测后，将探测信息发送给接收端4，接收端再将探测信息发送给解耦合装置1，解耦合装置1可以为具有计算和图形处理功能的主机、服务器等，在对探测信息进行解耦合处理后，得到了雷达图像，然后通过显示终端3进行显示，显示终端3可以为具有图像显示功能的电脑、手机、平板电脑等设备。

在本发明的其他实施例中，还提供一种存储介质，该存储介质中存储有指令，当计算机读取指令时，使计算机执行如上述各实施例中任一的方法。

读者应理解，在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为了描述的方便和简洁，上述描述的装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。

作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本发明实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以是两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分，或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，RandomAccessMemory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims

1.一种雷达的解耦合方法，其特征在于，包括：

分别对所述距离频率模型和所述方位频率模型进行非均匀频率替换；

以替换后的所述距离频率模型和所述方位频率模型为自变量，对所述回波模型进行非均匀傅里叶变换，得到解耦合模型；

根据所述解耦合模型对所述雷达的距离频率和方位频率进行解耦合；

其中，根据以下替换公式分别对所述距离频率模型和所述方位频率模型进行非均匀频率替换：

其中，f_a为与方位FFT对应的离散方位频率，f_r为与距离FFT对应的离散距离频率，f_c为载频，c为光速，V₀为雷达沿航向飞行的速度，F_r为替换后的非均匀非离散的距离频率，F_a为替换后的非均匀非离散的方位频率，a_i，b_i，c_i为预设的实常数，i＝1，2。

2.根据权利要求1所述的解耦合方法，其特征在于，所述获取目标的方位信息，根据所述方位信息得到所述目标的回波模型，具体包括：

获取目标的方位位置、距离位置和斜视角；

根据所述方位位置、所述距离位置和所述斜视角，得到所述雷达与所述目标之间的斜距；

根据所述斜距和所述雷达的载频，得到所述目标的回波模型。

3.根据权利要求1所述的解耦合方法，其特征在于，所述分别对所述距离频率模型和所述方位频率模型进行非均匀频率替换，具体包括：

将所述距离频率模型通过所述方位频率模型、预设的第一实常数集、预设的第二实常数集、所述雷达的载频和所述所述雷达的速度以所述替换公式的形式进行表达，得到新的距离频率模型，将所述距离频率模型替换为所述新的距离频率模型，所述新的距离频率模型为非均匀分布的非离散变量；

将所述方位频率模型通过所述第一实常数集和所述载频以所述替换公式的形式进行表达，得到新的方位频率模型，将所述方位频率模型替换为所述新的方位频率模型，所述新的方位频率模型为非均匀分布的非离散变量。

4.一种雷达的解耦合装置，其特征在于，包括：

第一获取单元，用于获取目标的方位信息；

第二获取单元，用于获取所述雷达的采样信息和脉冲信息；

建模单元，用于分别对所述距离频率模型和所述方位频率模型进行非均匀频率替换，并以替换后的所述距离频率模型和所述方位频率模型为自变量，对所述回波模型进行非均匀傅里叶变换，得到解耦合模型；

解耦合单元，用于根据所述解耦合模型对所述雷达的距离频率和方位频率进行解耦合；

其中，所述建模单元具体用于根据以下替换公式分别对所述距离频率模型和所述方位频率模型进行非均匀频率替换：

5.根据权利要求4所述的解耦合装置，其特征在于，所述第一获取单元具体用于获取目标的方位位置、距离位置和斜视角；

所述第一处理单元具体用于根据所述方位位置、所述距离位置和所述斜视角，得到所述雷达与所述目标之间的斜距，并根据所述斜距和所述雷达的载频，得到所述目标的回波模型。

6.根据权利要求4所述的解耦合装置，其特征在于，所述建模单元具体用于将所述距离频率模型通过所述方位频率模型、预设的第一实常数集、预设的第二实常数集、所述雷达的载频和所述所述雷达的速度以所述替换公式的形式进行表达，得到新的距离频率模型，将所述距离频率模型替换为所述新的距离频率模型，所述新的距离频率模型为非均匀分布的非离散变量，并将所述方位频率模型通过所述第一实常数集和所述载频以所述替换公式的形式进行表达，得到新的方位频率模型，将所述方位频率模型替换为所述新的方位频率模型，所述新的方位频率模型为非均匀分布的非离散变量。

7.一种雷达的解耦合系统，其特征在于，包括：雷达、显示终端以及如权利要求4至6中任一项所述的解耦合装置，所述雷达用于探测目标，得到所述目标的方位信息，所述显示终端用于显示解耦合结果。

8.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质中存储有指令，当计算机读取所述指令时，使所述计算机执行如权利要求1至3中任一项所述的方法。