一种窄带无源雷达三维成像方法及系统技术方案

本发明专利技术公开一种窄带无源雷达三维成像方法及系统，所述方法先根据获取的接收机、转台转动中心和外辐射源的位置，构建三维旋转成像模型直角坐标系；利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号；所述两种窄带调频回波信号分别为绕Z轴旋转的窄带调频回波信号以及先绕Z轴旋转再绕Y轴旋转的窄带调频回波信号；其次对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵；然后根据所述离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵；最后根据所述离散回波信号矩阵和所述信号匹配矩阵得到聚焦成像。本发明专利技术不仅能够实现窄带无源雷达三维成像，同时避开了现有方案需要建立四维回波信号矩阵的过程，减小了存储负担，降低了算法复杂度。

A three dimensional imaging method and system for narrowband passive radar

The invention discloses a three dimensional imaging method and a system for narrow-band passive radar. The method is based on the acquisition of the receiver, the rotation center of the turntable and the location of the external radiation source, and the three dimensional rotation imaging model directly angle coordinate system is constructed; two narrow band frequency modulation echo signals of the imaging target are obtained by the receiver; the two narrow band FM is described. The echo signals are narrowband FM echo signals rotated around the Z axis, and the narrowband FM echo signals rotated around the Z axis and then revolving around the Y axis. Secondly, two kinds of narrowband FM echo signals were preprocessed to obtain the discrete echo signal matrix; and then the signal matching matrix was determined according to the discrete echo signal matrix; The focus imaging is then obtained based on the discrete echo signal matrix and the signal matching matrix. The invention not only can realize the three-dimensional imaging of the narrow band passive radar, but also avoids the process of establishing the four dimensional echo signal matrix in the existing scheme, reduces the storage burden and reduces the complexity of the algorithm.

【技术实现步骤摘要】
一种窄带无源雷达三维成像方法及系统
本专利技术涉及雷达三维成像
，特别是涉及一种窄带无源雷达三维成像方法及系统。
技术介绍
无源雷达成像技术是无源雷达研究领域的一个热点课题。目前无源雷达成像技术主要对二维成像进行了集中研究。早在本世纪初，美国伊利诺伊大学就利用民用外辐射源信号采用傅里叶逆变换技术成功对目标成像，在此基础上，二维窄带无源雷达成像的频域和时域算法也被提出。目前三维成像是雷达成像领域的前沿和热点课题，现在的雷达三维成像技术主要包括合成孔径雷达、逆合成孔径雷达、太赫兹等技术，由以上技术组成的三维雷达成像系统多为主动雷达系统，为了得到高分辨成像结果，需要采用宽带或超宽带信号，但并没有对窄带进行研究，因此如何设计一种窄带无源雷达三维成像成为本领域亟需解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种窄带无源雷达三维成像方法及系统，以实现利用窄带进行无源雷达三维成像。为实现上述目的，本专利技术提供一种窄带无源雷达三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：根据获取的接收机、转台转动中心和外辐射源的位置，构建三维旋转成像模型直角坐标系；利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号；所述两种窄带调频回波信号分别为绕Z轴旋转的窄带调频回波信号以及先绕Z轴旋转再绕Y轴旋转的窄带调频回波信号；其中，所述三维旋转成像模型直角坐标系中的X轴由接收机、转台转动中心和外辐射源的位置确定的，Y轴为与所述X轴垂直的轴线，由接收机、转台转动中心和外辐射源构成的平面为XOY平面，Z轴为与XOY平面垂直垂直的轴线；对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵；根据所述离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵；根据所述离散回波信号矩阵和所述信号匹配矩阵得到聚焦成像。可选的，所述对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵，具体包括：对两种所述窄带调频回波信号分别进行混频和补偿处理，获得两种补偿后的窄带调频回波信号；对两种所述补偿后的窄带调频回波信号进行合成处理，获得合成回波信号；对所述合成回波信号进行离散采样，获得离散回波信号矩阵。可选的，所述根据所述离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵，具体包括：对成像目标所在的立体空间进行网格划分；根据所述离散回波信号矩阵确定网格处散射点的离散回波信号矩阵；根据所述网格处散射点的离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵。可选的，利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号，具体公式为：其中，A为窄带调频回波信号的幅度，f为窄带调频回波信号的频率，φ为窄带调频回波信号的初始相位，σ为散射点散射强度，C为光速，λ为波长，rt为外辐射源到坐标原点的距离，rr为接收机到坐标原点的距离，α为绕Z轴转动总角度，β为1/2双基角，ωz为绕Z轴旋转的角速度，tz为绕Z轴旋转的时间，ωy为绕Y轴旋转的角速度，ty为绕Y轴旋转的时间，(x0,y0,z0)为初始时刻目标上一散射点的三维坐标，Ry(ty)为成像目标的散射点绕Y轴旋转的斜距历程，Rz(tz)为成像目标的散射点绕Z轴旋转的斜距历程。可选的，所述对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵，具体公式为：其中，σ为散射点散射强度，λ为波长，β为1/2双基角，α为绕Z轴转动总角度，ωz为绕Z轴旋转的角速度，ωy为绕Y轴旋转的角速度，Δty、Δtz分别为对合成回波信号离散化时ty、tz的离散时间采样步长，L为总采样点数，(x0,y0,z0)为初始时刻目标上一散射点的三维坐标。可选的，在获取接收机、转台转动中心和外辐射源的位置，构建三维旋转成像模型直角坐标系之前，所述方法还包括：获取目标，并对目标进行运动补偿，获得能够在转台模型下研究的成像目标。本专利技术还提供一种窄带无源雷达三维成像系统，所述系统包括：构建模块，用于根据获取的接收机、转台转动中心和外辐射源的位置，构建三维旋转成像模型直角坐标系；获取模块，用于利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号；所述两种窄带调频回波信号分别为绕Z轴旋转的窄带调频回波信号以及先绕Z轴旋转再绕Y轴旋转的窄带调频回波信号；其中，X轴由接收机、转台转动中心和外辐射源的位置确定的，Y轴为与所述X轴垂直的轴线，由接收机、转台转动中心和外辐射源构成的平面为XOY平面，Z轴为与XOY平面垂直垂直的轴线；预处理模块，用于对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵；匹配矩阵确定模块，用于根据所述离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵；聚焦成像模块，用于根据所述离散回波信号矩阵和所述信号匹配矩阵确定得到聚焦成像。可选的，所述预处理模块，具体包括：混频和补偿处理单元，用于对两种所述窄带调频回波信号分别进行混频和补偿处理，获得两种补偿后的窄带调频回波信号；合成处理单元，用于对两种所述补偿后的窄带调频回波信号进行合成处理，获得合成回波信号；离散采样单元，用于对所述合成回波信号进行离散采样，获得离散回波信号矩阵。可选的，所述匹配矩阵确定模块，具体包括：网格划分单元，用于对成像目标所在的立体空间进行网格划分；离散回波信号矩阵确定单元，用于根据所述离散回波信号矩阵确定网格处散射点的离散回波信号矩阵；匹配矩阵单元，用于根据所述网格处散射点的离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵。可选的，所述获取模块，用于利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号，具体公式为：其中，A为窄带调频回波信号的幅度，f为窄带调频回波信号的频率，φ为窄带调频回波信号的初始相位，σ为散射点散射强度，C为光速，λ为波长，rt为外辐射源到坐标原点的距离，rr为接收机到坐标原点的距离，α为绕Z轴转动总角度，β为1/2双基角，ωz为绕Z轴旋转的角速度，tz为绕Z轴旋转的时间，ωy为绕Y轴旋转的角速度，ty为绕Y轴旋转的时间，(x0,y0,z0)为初始时刻目标上一散射点的三维坐标，Ry(ty)为成像目标的散射点绕Y轴旋转的斜距历程，Rz(tz)为成像目标的散射点绕Z轴旋转的斜距历程。根据本专利技术提供的具体实施例，本专利技术公开了以下技术效果：本专利技术先根据获取的接收机、转台转动中心和外辐射源的位置，构建三维旋转成像模型直角坐标系；利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号，所述两种窄带调频回波信号分别为绕Z轴旋转的窄带调频回波信号以及先绕Z轴旋转再绕Y轴旋转的窄带调频回波信号；其次对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵；然后根据所述离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵；最后根据所述离散回波信号矩阵和所述信号匹配矩阵确定得到聚焦成像。本专利技术不仅能够实现窄带无源雷达三维成像，同时利用在时间维上进行计算避开了现有方法需要建立四维回波信号矩阵的过程，减小了存储负担，降低了算法复杂度。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为本专利技术实施例窄带无源雷达三维成像方法流程图；图2为本专利技术实施例窄带无源雷达三维成像系统结构框图；图3为本专利技术实施例窄带无源雷达三维成像系统旋转结构图；图4为本专利技术实施例第一聚焦成像仿真图；图5为本专利技术实施例第二聚焦成像仿真图。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种窄带无源雷达三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：根据获取的接收机、转台转动中心和外辐射源的位置，构建三维旋转成像模型直角坐标系；利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号；所述两种窄带调频回波信号分别为绕Z轴旋转的窄带调频回波信号以及先绕Z轴旋转再绕Y轴旋转的窄带调频回波信号；其中，所述三维旋转成像模型直角坐标系中的X轴由接收机、转台转动中心和外辐射源的位置确定的，Y轴为与所述X轴垂直的轴线，由接收机、转台转动中心和外辐射源构成的平面为XOY平面，Z轴为与XOY平面垂直垂直的轴线；对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵；根据所述离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵；根据所述离散回波信号矩阵和所述信号匹配矩阵得到聚焦成像。

【技术特征摘要】
1.一种窄带无源雷达三维成像方法，其特征在于，所述方法包括：根据获取的接收机、转台转动中心和外辐射源的位置，构建三维旋转成像模型直角坐标系；利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号；所述两种窄带调频回波信号分别为绕Z轴旋转的窄带调频回波信号以及先绕Z轴旋转再绕Y轴旋转的窄带调频回波信号；其中，所述三维旋转成像模型直角坐标系中的X轴由接收机、转台转动中心和外辐射源的位置确定的，Y轴为与所述X轴垂直的轴线，由接收机、转台转动中心和外辐射源构成的平面为XOY平面，Z轴为与XOY平面垂直垂直的轴线；对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵；根据所述离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵；根据所述离散回波信号矩阵和所述信号匹配矩阵得到聚焦成像。2.根据权利要求1所述的窄带无源雷达三维成像方法，其特征在于，所述对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵，具体包括：对两种所述窄带调频回波信号分别进行混频和补偿处理，获得两种补偿后的窄带调频回波信号；对两种所述补偿后的窄带调频回波信号进行合成处理，获得合成回波信号；对所述合成回波信号进行离散采样，获得离散回波信号矩阵。3.根据权利要求1所述的窄带无源雷达三维成像方法，其特征在于，所述根据所述离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵，具体包括：对成像目标所在的立体空间进行网格划分；根据所述离散回波信号矩阵确定网格处散射点的离散回波信号矩阵；根据所述网格处散射点的离散回波信号矩阵确定信号匹配矩阵。4.根据权利要求1所述的窄带无源雷达三维成像方法，其特征在于，利用接收机获取成像目标的两种窄带调频回波信号，具体公式为：其中，A为窄带调频回波信号的幅度，f为窄带调频回波信号的频率，φ为窄带调频回波信号的初始相位，σ为散射点散射强度，C为光速，λ为波长，rt为外辐射源到坐标原点的距离，rr为接收机到坐标原点的距离，α为绕Z轴转动总角度，β为1/2双基角，ωz为绕Z轴旋转的角速度，tz为绕Z轴旋转的时间，ωy为绕Y轴旋转的角速度，ty为绕Y轴旋转的时间，(x0,y0,z0)为初始时刻目标上一散射点的三维坐标，Ry(ty)为成像目标的散射点绕Y轴旋转的斜距历程，Rz(tz)为成像目标的散射点绕Z轴旋转的斜距历程。5.根据权利要求1所述的窄带无源雷达三维成像方法，其特征在于，所述对两种所述窄带调频回波信号进行预处理，获得离散回波信号矩阵，具体公式为：其中，σ为散射点散射强度，λ为波长，β为1/2双基角，α为绕Z轴转动总角度，ωz为绕Z轴旋转的角速度，ωy为绕Y轴旋转的角速度，Δty、Δtz分别为对合成回波信号离散化时ty、tz的离散时间采样步长，L为总采样点数，(x0,y0,z0)为初始时...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉春，程琳，王洪雁，朱思峰，朱海，朱磊，豆桂平，
申请(专利权)人：周口师范学院，
类型：发明
国别省市：河南,41