宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法及装置

1.本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法及装置。


背景技术：

2.宽带频率捷变雷达是一种脉冲体制雷达，各脉冲的载波频率在雷达整个带宽范围内快速地切换。由于频率捷变雷达的载频具有随机变化的特性，在低截获、电子反对抗以及电磁兼容等方面具有优越的性能，研究宽带频率捷变雷达的信号处理算法具有重要的意义。常见的合成孔径雷达主要用于侧视成像，依赖雷达运动且受限运动。前视成像是指雷达对正前方区域目标成像，在军事方面有很多重要的应用，如何获得非合作目标的高分辨前视成像是宽带频率捷变雷达关注的问题。
3.相关技术中，匹配滤波是进行高分辨成像的基本方法，通过对所有空间和时间测量进行相干处理获得空间和时间的二维分辨，但是存在旁瓣高的问题。由于观测场景具有明显的稀疏特性，通过引入稀疏先验信息，有望对场景进行精确重建，抑制匹配滤波的高旁瓣问题。
4.然而，相关技术中，传统的稀疏恢复算法处理的是在离散空间上稀疏的场景，存在格点失配问题，难以实现高分辨前视成像，无法保证宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性，亟待改善。


技术实现要素：

5.本发明提供一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法及装置，以解决相关技术中，传统的稀疏恢复算法处理的是在离散空间上稀疏的场景，存在格点失配问题，难以实现高分辨前视成像，无法保证宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性等问题。
6.本发明第一方面实施例提供一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法，包括以下步骤：搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统，采集所述成像系统的回波数据，以获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号；对所述宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，采用梯度下降的方法进行局部收敛，以所述粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，直至达到预设迭代停止条件，得到多目标的距离方位估计结果；以及根据所述多目标的距离方位估计结果，生成高分辨前视成像结果。
7.可选地，在本发明的一个实施例中，所述回波数据的采集公式为：，其中，，，表示目标的个数，为回波信号中第个目标的回波信号，分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，j表示虚数单位，表示第个脉冲的载频，表示起始频率，
表示频率步进间隔，分别表示阵列天线间距和电磁波传播速度，表示复高斯噪声，回波信号的矩阵形式表示为，其中第行第列元素表示为，将回波信号向量化，定义第个天线的回波信号为，全部天线接收到的回波信号向量化表示为，则，其中表示向量化处理。
8.可选地，在本发明的一个实施例中，所述对所述宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，包括：获得划分格点情况时目标距离方位的估计值；基于所述估计值获得目标的幅度值，以得到目标幅度、距离和方位的粗估计值。
9.可选地，在本发明的一个实施例中，所述采用梯度下降的方法进行局部收敛，以所述粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，包括：根据接收信号的形式建立目标函数，计算所述目标函数中待估计的目标参数梯度；将所述粗估计值作为所述初值，利用梯度下降的方法对所述目标参数进行精确估计，计算连续空间的参数估计结果，生成所述连续空间的目标幅度、距离和方位。
10.可选地，在本发明的一个实施例中，所述目标函数中待估计的目标参数梯度的计算公式为：，，，其中，，，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，表示目标函数，表示求偏导符号，分别表示目标函数对目标参数的求导结果。
11.本发明第二方面实施例提供一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置，包括：获取模块，用于搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统，采集所述成像系统的回波数据，以获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号；处理模块，用于对所述宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，采用梯度下降的方法进行局部收敛，以所述粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，直至达到预设迭代停止条件，得到多目标的距离方位估计结果；以及生成模块，用于根据所述多目标的距离方位估计结果，生成高分辨前视成像结果。
12.可选地，在本发明的一个实施例中，所述回波数据的采集公式为：
，其中，，，表示目标的个数，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，j表示虚数单位，表示第个脉冲的载频，表示起始频率，表示频率步进间隔，分别表示阵列天线间距和电磁波传播速度，表示复高斯噪声，回波信号的矩阵形式表示为，其中第行第列元素表示为，将回波信号向量化，定义第个天线的回波信号为，全部天线接收到的回波信号向量化表示为，则，其中表示向量化处理。
13.可选地，在本发明的一个实施例中，所述处理模块包括：第一获取单元，用于获得划分格点情况时目标距离方位的估计值；第二获取单元，用于基于所述估计值获得目标的幅度值，以得到目标幅度、距离和方位的粗估计值。
14.可选地，在本发明的一个实施例中，所述处理模块还包括：建立单元，用于根据接收信号的形式建立目标函数，计算所述目标函数中待估计的目标参数梯度；生成单元，用于将所述粗估计值作为所述初值，利用梯度下降的方法对所述目标参数进行精确估计，计算连续空间的参数估计结果，生成所述连续空间的目标幅度、距离和方位。
15.可选地，在本发明的一个实施例中，所述目标函数中待估计的目标参数梯度的计算公式为：，，，其中，，，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，表示目标函数，表示求偏导符号，分别表示目标函数对目标参数的求导结果。
16.本发明第三方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如上述实施例所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法。
17.本发明第四方面实施例提供一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法。
18.本发明实施例可以首先对采集的宽带信号直接建模，进行参数粗估计和局部参数精确估计，并进行多次迭代，实现了连续空间的参数估计，获得了高分辨前视成像结果，保证了宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性。由此，解决了相关技术中，传统的稀疏恢复算法处理的是在离散空间上稀疏的场景，存在格点失配问题，难以实现高分辨前视成像，无法保证宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性等问题。
19.本发明附加的方面和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，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
20.本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：图1为根据本发明实施例提供的一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的流程示意图；图2为根据本发明一个实施例的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的结构框图；图3为根据本发明一个实施例的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的发射脉冲载频示意图；图4为根据本发明一个实施例的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的流程图；图5为根据本发明一个实施例的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的流程图；图6为根据本发明实施例提供的一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置的结构示意图；图7为根据本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
21.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
22.下面参考附图描述本发明实施例的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法及装置。针对上述背景技术中提到的相关技术中，传统的稀疏恢复算法处理的是在离散空间上稀疏的场景，存在格点失配问题，难以实现高分辨前视成像，无法保证宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性的问题，本发明提供了一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法，在该方法中，可以首先对采集的宽带信号直接建模，进行参数粗估计和局部参数精确估计，并进行多次迭代，实现了连续空间的参数估计，获得了高分辨前视成像结果，保证了宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性。由此，解决了相关技术中，传统的稀疏恢复算
法处理的是在离散空间上稀疏的场景，存在格点失配问题，难以实现高分辨前视成像，无法保证宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性等问题。
23.具体而言，图1为本发明实施例所提供的一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的流程示意图。
24.如图1所示，该宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法包括以下步骤：在步骤s101中，搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统，采集成像系统的回波数据，以获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号。
25.可以理解的是，本发明实施例适用于宽带频率捷变雷达成像，由于信号模型采用宽带信号，不能将距离方位估计直接拆分成两个一维谐波估计问题，因此本发明实施例可以根据宽带信号模型，将距离方位进行联合估计，首先进行距离方位参数粗估计，然后将参数粗估计值用于参数精确估计步骤的初值，得到连续参数空间下的精确估计结果。因此，本发明实施例对宽带回波数据进行处理，获得距离方位二维高分辨前视成像结果，保证宽带频率捷变雷达成像系统的可实现性。
26.在实际执行过程中，如图2所示，图2为宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的结构框图，可以搭建一个宽带频率捷变雷达前视成像系统，系统中的发射阵列和接收阵列，用于辐射和接收电磁波；系统中的发射机、接收机和处理单元，分别用于电磁波信号的产生、采集与处理，进而获得阵列天线多脉冲下的宽带回波信号，进行信号处理，从而实现高分辨前视成像。
27.进一步地，本发明实施例可以对宽带频率捷变雷达系统的回波数据进行采集，获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号，具体操作为：雷达发射机产生多个脉冲信号，不同脉冲信号的载频在某一频段内随机切换，这种随机切换的载频通常表示为一个起始载频与一个随机的频率偏移之和，如图3所示，图3为宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的发射脉冲载频示意图，如通过不同的颜色表示不同的频率。
28.可选地，在本发明的一个实施例中，回波数据的采集公式为：，其中，，，表示目标的个数，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，j表示虚数单位，表示第个脉冲的载频，表示起始频率，表示频率步进间隔，分别表示阵列天线间距和电磁波传播速度，表示复高斯噪声，回波信号的矩阵形式表示为，其中第行第列元素表示为，将回波信号向量化，定义第个天线的回波信号为，全部天线接收到的回波信号向量化表示为，则，其中表示向量化处理。
29.具体而言，考虑宽带频率捷变雷达顺序发射个脉冲，则第个脉冲的载频表示为，其中为起始载频，为载频步进间隔，表示取值为整数的随机变量，
每个脉冲信号通过发射天线辐射到前视成像区域，经过目标辐射后被接收阵列天线接收，接收机将采集到的信号传输给处理单元，忽略多普勒的影响，本发明实施例可以获得多个目标场景下各阵元多脉冲的宽带观测信号。其中，第个接收天线第个脉冲的回波信号表示为：，本发明实施例可以通过回波数据的采集公式，实现多脉冲回波数据的采集，从而合成宽带信号，基于提出的高分辨前视成像方法，从信号模型层面入手，不仅能够克服划分格点造成的格点失配问题，实现了连续空间的参数估计，而且利用宽带信号距离高分辨的特性提高方位测量的精度，从而实现距离方位高分辨前视成像。
30.可选地，在本发明的一个实施例中，目标函数中待估计的目标参数梯度的计算公式为：，，，其中，，，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，表示目标函数，表示求偏导符号，分别表示目标函数对目标参数的求导结果。
31.在实际执行过程中，为了求目标函数中各个参数的精确估计值，本发明实施例可计算待估计目标参数梯度得到（为了方便计算，将看作一个整体），公式为：，，，
根据更新的回波信号和目标幅度、距离和方位的粗估计值，初始化目标参数为，计算目标函数和目标参数梯度，三个参数的梯度记作，设置停止准则的门限为，设置参数系数为。
32.在步骤s102中，对宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，采用梯度下降的方法进行局部收敛，以所述粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，直至达到预设迭代停止条件，得到多目标的距离方位估计结果。
33.在实际执行过程中，本发明实施例可以对宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值。如图4中的步骤s401至步骤s404所示，图4为宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的流程图，具体包含以下步骤：步骤s401：初始化参数。
34.其中，本发明实施例可以给定采集的阵列天线宽带回波信号，给定迭代次数，初始化目标参数集合，初始化迭代次数。例如，本发明实施例可以给定阵列天线宽带回波信号，回波信号向量化表示为，给定迭代次数，初始化目标参数集合，初始化迭代次数。
35.步骤s402：计算残差信号，并更新回波信号。
36.其中，本发明实施例可以根据目标参数集合和回波信号，计算残差信号，并更新回波信号。如本发明实施例可以根据目标参数集合，获得第个目标的信号为，该目标的导引矩阵表示为，则导引矩阵中的第行第列元素表示为，将各个目标导引矩阵列向量化得到所有个目标的导引矩阵为，对向量化后的回波信号进行正交投影，得到残差信号，根据回波信号的形式，得到更新的回波信号为：。由此，得到残差信号为，更新的回波信号为。
37.步骤s403：参数粗估计。
38.本发明实施例可以获得目标参数的粗估计值，从而为后续得到目标参数地精确估计值提供支撑，进行参数粗估计和局部参数精确估计，实现了连续空间的参数估计，获得了高分辨前视成像结果，保证了宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性。
39.步骤s404：参数精确估计。
40.其中，本发明实施例可以根据更新的回波信号和目标参数的粗估计值，得到目标参数的精确估计值，并更新目标参数集合。如本发明实施例可以根据更新的回波信号，对目标幅度、距离和方位的粗估计值进行精确估计，得到目标参数的精确估
计值，并更新目标参数集合。
41.具体为：根据更新的回波信号，初始化目标参数，计算目标函数和目标参数梯度，设置停止准则的门限以及参数系数，如本发明实施例可以根据更新的回波信号，初始化目标参数，计算目标函数和目标参数梯度，设置停止准则的门限以及参数系数。其中目标函数表示为：，进一步地，本发明实施例可以根据目标参数梯度和停止准则的门限，判断是否满足停止准则，如果不满足停止准则，根据目标参数梯度确定下降方向，如果满足停止准则，根据更新的目标参数，得到目标参数的精确估计值，并更新目标参数集合，如本发明实施例可以根据目标参数梯度和停止准则的门限，判断是否满足停止准则，如果，判定不满足停止准则，此时根据目标参数梯度确定下降方向，即下降方向表示为，如果，判定满足停止准则，此时根据更新的目标参数，得到目标参数的精确估计值，并更新目标参数集合。其中，本发明实施例可以根据目标参数集合，得到距离方位高分辨前视成像结果。
42.进一步地，初始化步长，根据下降方向、目标参数，计算目标中间参数，如本发明实施例可以初始化步长，根据下降方向和目标参数，计算目标中间参数。
43.进一步地，本发明实施例可以根据目标中间参数、更新的回波信号，更新目标函数，然后根据参数系数、下降方向、目标函数和更新的目标函数选择步长，如本发明实施例可以根据目标中间参数和更新的回波信号，计算更新的目标函数：，如果，更新步长，更新目标中间参数，返回当前实施例，否则，根据选择的步长和下降方向，更新目标参数，更新目标函数，更新目标参数梯度，其中，上角标t表示矩阵或者向量的转置。
44.进一步地，本发明实施例可以根据选择的步长和下降方向，更新目标参数，更新目标函数，更新目标参数梯度，返回根据目标参数梯度和停止准则的门限，判断是否满足停止准则，如本发明实施例可以根据选择的步长和下降方向，更新目标参数，更新目标函数：，更新目标参数梯度：，
返回根据目标参数梯度和停止准则的门限，判断是否满足停止准则实施例中。
45.进一步地，本发明实施例可以根据更新的目标参数，得到目标参数的精确估计值，并更新目标参数集合，如本发明实施例可以根据更新的目标参数，得到目标参数的精确估计值记作，从而获得了第个目标的精确参数估计结果，更新此时的目标参数集合为。
46.本发明实施例可将迭代次数加1，进行迭代次数判断，若迭代次数小于给定迭代次数，则返回步骤s402；否则，执行步骤s405。
47.可选地，在本发明的一个实施例中，对宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，包括：获得划分格点情况时目标距离方位的估计值；基于估计值获得目标的幅度值，以得到目标幅度、距离和方位的粗估计值。
48.作为一种可能实现的方式，本发明实施例可以获得划分格点情况时目标距离方位的估计值，输入残差信号和更新的回波信号，将距离和方位区域分别划分为个格点，其中距离表示为，角度表示为，各个格点的导引矩阵表示为，其中元素为，将各个格点的导引矩阵列向量化表示各个格点的导引矢量，具体为，将各个格点的导引矢量构造导引矩阵，具体为，的第列表示的距离、方位信息分别为。计算目标对应的列序号，其中表示矩阵的第列，右上角标h表示矩阵的共轭转置，计算，，其中表示取余数操作，则第个目标的初值为，记作，由此本发明实施例获得了第个目标的距离、角度粗估计值。
49.进一步地，本发明实施例可以基于估计值获得目标的幅度值，以得到目标幅度、距离和方位的粗估计值，根据下式计算幅度的粗估计值：其中，，表示第个目标的距离、角度粗估计值构成的导引矩阵，右上角标h表示向量的共轭转置，更新的回波信号，其矩阵形式为，列向量化的信号表示为，由此本发明实施例获得了第个目标的复散射系数、距离和方位的粗估计值。
50.本发明实施例通过获取目标幅度、距离和方位的粗估计值，进一步保证了宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性。
51.可选地，在本发明的一个实施例中，采用梯度下降的方法进行局部收敛，以粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，包括：根据接收信号的形式建立目标函
数，计算目标函数中待估计的目标参数梯度；将粗估计值作为初值，利用梯度下降的方法对目标参数进行精确估计，计算连续空间的参数估计结果，生成连续空间的目标幅度、距离和方位。
52.具体而言，本发明实施例可以根据接收信号的形式建立目标函数，计算目标函数中待估计的目标参数梯度，将粗估计值作为初值，利用梯度下降的方法对目标参数进行精确估计，计算连续空间的参数估计结果，生成连续空间的目标幅度、距离和方位，从而进一步保证了宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性。
53.在步骤s103中，根据多目标的距离方位估计结果，生成高分辨前视成像结果。
54.作为一种可能实现的方式，本发明实施例通过迭代，获得个目标在连续参数空间的距离方位估计结果，得到高分辨前视成像结果，如图4中的步骤s405所示：步骤s405：高分辨前视成像结果。
55.其中，本发明实施例可以根据目标的参数集合，获得距离方位二维高分辨前视成像结果。
56.本发明实施例可以采用梯度下降的方法进行局部收敛，得到多目标的距离方位估计结果，生成高分辨前视成像结果，从而获得了高分辨前视成像结果，保证了宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性。
57.具体地，结合图5所示，以一个具体实施例对本发明实施例中的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法的工作原理进行详细阐述。
58.如图5所示，本发明实施例包括以下步骤：步骤s501：搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统。
59.其中，本发明实施例可以搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统，系统中的发射阵列和接收阵列，用于辐射和接收电磁波；系统中的发射机、接收机和处理单元，分别用于电磁波信号的产生、采集与处理，进而获得阵列天线多脉冲下的宽带回波信号，进行信号处理，从而实现高分辨前视成像。
60.步骤s502：数据采集。
61.其中，本发明实施例可以对宽带频率捷变雷达系统的回波数据进行采集，获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号。
62.步骤s503：多次迭代，获得高分辨前视成像结果。
63.其中，本发明实施例可以进行多次迭代，实现连续空间的参数估计，获得高分辨前视成像结果。
64.步骤s504：对高分辨前视成像结果进行显示。
65.其中，本发明实施例可以根据目标的精确估计结果，通过图形用户界面显示高分辨前视成像结果。
66.根据本发明实施例提出的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法，可以首先对采集的宽带信号直接建模，进行参数粗估计和局部参数精确估计，并进行多次迭代，实现了连续空间的参数估计，获得了高分辨前视成像结果，保证了宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性。由此，解决了相关技术中，传统的稀疏恢复算法处理的是在离散空间上稀疏的场景，存在格点失配问题，难以实现高分辨前视成像，无法保证宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性的问题。
67.其次参照附图描述根据本发明实施例提出的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置。
68.图6是本发明实施例的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置的结构示意图。
69.如图6所示，该宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置10包括：获取模块100、处理模块200和生成模块300。
70.具体地，获取模块100，用于搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统，采集成像系统的回波数据，以获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号。
71.处理模块200，用于对宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，采用梯度下降的方法进行局部收敛，以粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，直至达到预设迭代停止条件，得到多目标的距离方位估计结果。
72.生成模块300，用于根据多目标的距离方位估计结果，生成高分辨前视成像结果。
73.可选地，在本发明的一个实施例中，回波数据的采集公式为：，其中，，，表示目标的个数，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，j表示虚数单位，表示第个脉冲的载频，表示起始频率，表示频率步进间隔，分别表示阵列天线间距和电磁波传播速度，表示复高斯噪声，回波信号的矩阵形式表示为，其中第行第列元素表示为，将回波信号向量化，定义第个天线的回波信号为，全部天线接收到的回波信号向量化表示为，则，其中表示向量化处理。
74.可选地，在本发明的一个实施例中，处理模块200包括：第一获取单元和第二获取单元。
75.其中，第一获取单元，用于获得划分格点情况时目标距离方位的估计值。
76.第二获取单元，用于基于估计值获得目标的幅度值，以得到目标幅度、距离和方位的粗估计值。
77.可选地，在本发明的一个实施例中，处理模块200还包括：建立单元和生成单元。
78.其中，建立单元，用于根据接收信号的形式建立目标函数，计算目标函数中待估计的目标参数梯度。
79.生成单元，用于将粗估计值作为初值，利用梯度下降的方法对目标参数进行精确估计，计算连续空间的参数估计结果，生成连续空间的目标幅度、距离和方位。
80.可选地，在本发明的一个实施例中，目标函数中待估计的目标参数梯度的计算公式为：，
，，其中，，，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，表示目标函数，表示求偏导符号，分别表示目标函数对目标参数的求导结果。
81.需要说明的是，前述对宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法实施例的解释说明也适用于该实施例的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置，此处不再赘述。
82.根据本发明实施例提出的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置，可以首先对采集的宽带信号直接建模，进行参数粗估计和局部参数精确估计，并进行多次迭代，实现了连续空间的参数估计，获得了高分辨前视成像结果，保证了宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性。由此，解决了相关技术中，传统的稀疏恢复算法处理的是在离散空间上稀疏的场景，存在格点失配问题，难以实现高分辨前视成像，无法保证宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性的问题。
83.图7为本发明实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：存储器701、处理器702及存储在存储器701上并可在处理器702上运行的计算机程序。
84.处理器702执行程序时实现上述实施例中提供的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法。
85.进一步地，电子设备还包括：通信接口703，用于存储器701和处理器702之间的通信。
86.存储器701，用于存放可在处理器702上运行的计算机程序。
87.存储器701可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。
88.如果存储器701、处理器702和通信接口703独立实现，则通信接口703、存储器701和处理器702可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构（industry standard architecture，简称为isa）总线、外部设备互连（peripheral component，简称为pci）总线或扩展工业标准体系结构（extended industry standard architecture，简称为eisa）总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图7中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
89.可选地，在具体实现上，如果存储器701、处理器702及通信接口703，集成在一块芯片上实现，则存储器701、处理器702及通信接口703可以通过内部接口完成相互间的通信。
90.处理器702可能是一个中央处理器（central processing unit，简称为cpu），或者
是特定集成电路（application specific integrated circuit，简称为asic），或者是被配置成实施本发明实施例的一个或多个集成电路。
91.本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法。
92.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须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n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。
93.此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
94.流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本发明的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本发明的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
95.在流程图中表示或在此以其他方式描述的逻辑和/或步骤，例如，可以被认为是用于实现逻辑功能的可执行指令的定序列表，可以具体实现在任何计算机可读介质中，以供指令执行系统、装置或设备（如基于计算机的系统、包括处理器的系统或其他可以从指令执行系统、装置或设备取指令并执行指令的系统）使用，或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用。就本说明书而言，"计算机可读介质"可以是任何可以包含、存储、通信、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备或结合这些指令执行系统、装置或设备而使用的装置。计算机可读介质的更具体的示例（非穷尽性列表）包括以下：具有一个或n个布线的电连接部（电子装置），便携式计算机盘盒（磁装置），随机存取存储器（ram），只读存储器（rom），可擦除可编辑只读存储器（eprom或闪速存储器），光纤装置，以及便携式光盘只读存储器（cdrom）。另外，计算机可读介质甚至可以是可在其上打印所述程序的纸或其他合适的介质，因为可以通过对纸或其他介质进行光学扫描，接着进行编辑、解译或必要时以其他合适方式进行处理来以电子方式获得所述程序，然后将其存储在计算机存储器中。
96.应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，n个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列（pga），现场可编程门阵列（fpga）等。
97.本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步
骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。
98.此外，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模块中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个模块中。上述集成的模块既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能模块的形式实现。所述集成的模块如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，也可以存储在一个计算机可读取存储介质中。
99.上述提到的存储介质可以是只读存储器，磁盘或光盘等。尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

技术特征：
1.一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法，其特征在于，包括以下步骤：搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统，采集所述成像系统的回波数据，以获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号；对所述宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，采用梯度下降的方法进行局部收敛，以所述粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，直至达到预设迭代停止条件，得到多目标的距离方位估计结果；以及根据所述多目标的距离方位估计结果，生成高分辨前视成像结果。2.根据权利要求1所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法，其特征在于，所述回波数据的采集公式为：，其中，，，表示目标的个数，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，j表示虚数单位，表示第个脉冲的载频，表示起始频率，表示频率步进间隔，和分别表示阵列天线间距和电磁波传播速度，表示复高斯噪声，回波信号的矩阵形式表示为，其中第行第列元素表示为，将回波信号向量化，定义第个天线的回波信号为，全部天线接收到的回波信号向量化表示为，则，其中表示向量化处理。3.根据权利要求1所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法，其特征在于，所述对所述宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，包括：获得划分格点情况时目标距离方位的估计值；基于所述估计值获得目标的幅度值，以得到目标幅度、距离和方位的粗估计值。4.根据权利要求1所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法，其特征在于，所述采用梯度下降的方法进行局部收敛，以所述粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，包括：根据接收信号的形式建立目标函数，计算所述目标函数中待估计的目标参数梯度；将所述粗估计值作为所述初值，利用梯度下降的方法对所述目标参数进行精确估计，计算连续空间的参数估计结果，生成所述连续空间的目标幅度、距离和方位。5.根据权利要求4所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法，其特征在于，所述目标函数中待估计的目标参数梯度的计算公式为：，，
，其中，，，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，表示目标函数，表示求偏导符号，分别表示目标函数对目标参数的求导结果。6.一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置，其特征在于，包括：获取模块，用于搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统，采集所述成像系统的回波数据，以获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号；处理模块，用于对所述宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值；采用梯度下降的方法进行局部收敛，以所述粗估计值为初值，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，直至达到预设迭代停止条件，得到多目标的距离方位估计结果；以及生成模块，用于根据所述多目标的距离方位估计结果，生成高分辨前视成像结果。7.根据权利要求6所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置，其特征在于，所述回波数据的采集公式为：，其中，，，表示目标的个数，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，j表示虚数单位，表示第个脉冲的载频，表示起始频率，表示频率步进间隔，和分别表示阵列天线间距和电磁波传播速度，表示复高斯噪声，回波信号的矩阵形式表示为，其中第行第列元素表示为，将回波信号向量化，定义第个天线的回波信号为，全部天线接收到的回波信号向量化表示为，则，其中表示向量化处理。8.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理模块包括：第一获取单元，用于获得划分格点情况时目标距离方位的估计值；第二获取单元，用于基于所述估计值获得目标的幅度值，以得到目标幅度、距离和方位的粗估计值。9.根据权利要求6所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像装置，其特征在于，所述处理模块还包括：建立单元，用于根据接收信号的形式建立目标函数，计算所述目标函数中待估计的目标参数梯度；
生成单元，用于将所述粗估计值作为所述初值，利用梯度下降的方法对所述目标参数进行精确估计，计算连续空间的参数估计结果，生成所述连续空间的目标幅度、距离和方位。10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述目标函数中待估计的目标参数梯度的计算公式为：，，，其中，，，为回波信号中第个目标的回波信号，和分别表示回波信号中第个目标的幅度、距离和方位，表示目标函数，表示求偏导符号，分别表示目标函数对目标参数的求导结果。11.一种电子设备，其特征在于，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以实现如权利要求1-5任一项所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法。12.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行，以用于实现如权利要求1-5任一项所述的宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法。

技术总结
本发明涉及信号处理技术领域，特别涉及一种宽带频率捷变雷达的高分辨前视成像方法及装置，其中，方法包括：搭建宽带频率捷变雷达前视成像系统，采集成像系统的回波数据，以获取各个阵元多脉冲的宽带观测信号；对宽带观测信号进行分析处理，获得目标参数的粗估计值，采用梯度下降的方法进行局部收敛，估计连续空间的目标幅度、距离和方位，直至达到预设迭代停止条件，得到多目标的距离方位估计结果；根据多目标的距离方位估计结果，生成高分辨前视成像结果。由此，解决了相关技术中，传统的稀疏恢复算法处理的是在离散空间上稀疏的场景，存在格点失配问题，难以实现高分辨前视成像，无法保证宽带频率捷变雷达前视成像系统的可实现性等问题。性等问题。性等问题。


技术研发人员：王磊 刘一民 黄天耀 息荣艳
受保护的技术使用者：清华大学
技术研发日：2023.06.13
技术公布日：2023/7/18