如何使用波束实孔径雷达图像提升汽车雷达方位角分辨率的成像方法

　　针对汽车雷达方位角分辨率受方位向天线长度限制的问题， 该文提出一种基于多波束实孔径雷达图像融合来提升汽车雷达方位角分辨率的成像方法。该方法首先利用相控阵天线波束电扫描来获取前视实孔径雷达图像， 然后根据汽车雷达成像几何关系通过多张多角度实孔径雷达图像相参累加来提升雷达方位角分辨率。计算机仿真结果验证了该方法在提升汽车雷达方位角分辨率的有效性。无人驾驶技术通过车载传感系统感知道路环境， 自动控制车辆的转向和速度， 从而使车辆能够安全、可靠地在道路上行驶。前视微波成像雷达是车载传感系统的重要组成部分。与超声波、 摄像头、激光雷达相比， 微波雷达不仅具有高距离分辨率、高角度分辨率、 高速度分辨率， 还具有不受恶劣天气及极端光线影响的优势 。微波前视成像雷达距离向通过宽带信号脉冲压缩技术来获取高距离分辨率， 方位向通过实孔径成像或数字阵列合成处理来获取较高的方位分辨率。

　　1. 低成本微波成像雷达实现有难度

　　受雷达角分辨瑞利限的约束， 要提高雷达方位角分辨率就需要提高雷达工作频率和雷达方位孔径天线长度， 这些给低成本微波成像雷达的实现带来了较大的工程实现难度 。数字阵列超分辨处理技术也能够提升雷达方位角分辨率， 但阵列超分辨处理技术运算量大一般难以满足汽车雷达实时性的要求。针对汽车雷达方位角分辨率受方位向天线长度限制的问题， 本文提出一种基于多波束实孔径雷达图像融合来提升汽车雷达方位角分辨率的成像方法， 本方法通过多波束实孔径雷达图像相参合成来提升雷达方位分辨率。从本质上讲， 本文方法利用合成孔径技术提升了雷达方位角分辨率。相比于传统合成孔径处理， 本文方法的处理可以在实孔径雷达图像域进行， 而且雷达数据合成不受单个雷达指向波束条件约束。因此， 本文方法更加有利于提升雷达的方位角分辨率。本文首先介绍了提升汽车雷达方位角分辨率的成像方式和雷达回波信号模型；然后根据汽车雷达成像方式和信号模型， 提出了一种提升汽车雷达方位角分辨率的成像方法；最后通过计算机仿真验证了本文所提方法的准确性。

　　2. 成像方式及回波信号模型

　　车载微波前视成像雷达的距离向与汽车平台的运动方向一致， 而方位向与汽车平台的运动方向垂直。雷达距离向通过发射大时宽 - 带宽信号并利用脉冲压缩技术实现距离向的高分辨率， 方位向通常通过实孔径成像或数字阵列合成处理来获取较高的方位分辨率。本文所提车载微波前视成像雷达工作方式如图 1 所示， 汽车雷达首先通过方位窄波束匀速扫描实现对前方区域的观测， 雷达波束扫描范围为 。雷达方位波束扫描可以通过波束机械扫描和相控阵电扫描实现， 为了实现更加灵活的波束指向， 本文采用相控阵电扫描方式来实现方位波束扫描。