一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法。OFDM波形由于各个子载波之间存在正交性，因此可对每一个子载波分别进行层析成像，从而可最大限度的利用OFDM 所提供的频率分集。SFN（Single Frequency Network）中各个发射站照射目标的角度不同，回波样本在波数域的覆盖范围将大大扩展，从而显著的提高成像性能。本发明专利技术的方法首先解调出每一个子载波；接着对每一个子载波分别进行层析成像并对所有子载波成像结果进行相干融合以得到单个双基对目标图像；最后将所有双基对目标图像进行融合以获取最终高分辨目标图像。本发明专利技术的方法充分利用现代数字广播电视信号的多载波结构及其单频网，具有成像分辨率高、频谱资源节约，硬件节约等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法
本专利技术属于外辐射源雷达目标探测
，尤其涉及一种基于OFDM波形的单频网数字广播电视信号的外辐射源雷达成像方法。
技术介绍
外辐射源雷达是一种利用第三方发射的电磁信号进行目标探测的双/多基地雷达系统。因其具有研制和维护成本低、反隐身、抗摧毁能力强等诸多优势，近年来逐渐受到人们重视并成为新体制雷达的研究重点。国内外已成功研制了多种原理性验证系统，获得了大量实测数据，外辐射源雷达基础理论与关键技术取得了突破性进展。在万显荣的论文(基于低频段数字广播电视信号的外辐射源雷达发展现状与趋势，雷达学报，2012，Vol.1，No.2，pp.1-15)中对低频段(HF/VHF/UHF)数字广播电视信号外辐射源雷达的发展现状和趋势进行了详细的论述。随着外辐射源雷达理论研究不断深入，其功能也不断得到扩展，近年来研究利用外辐射源进行非合作目标成像吸引了众多研究者的兴趣。目前较为成熟的外辐射源雷达系统大多采用单发单收的双基几何配置。在双基配置下，由于通常利用的外辐射源一般是商用广播或电视发射信号，其带宽较窄，从而导致图像距离分辨率严重不足。其次，外辐射源雷达工作频段较低，对于方位上的分辩需要更大的相干积累角，这在实际应用中通常难以满足。新一代数字广播电视广泛采用两项关键技术，即正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplex,OFDM)技术和单频网(SingleFrequencyNetwork,SFN)技术。OFDM技术是一种特殊的多载波传输方案，其核心思想是将给定信道划分为多个正交的子信道，每个子信道用一个子载波进行传输，并且所有子载波采用并行传输，因而具有频谱利用率高、抗多径衰弱能力强等优点。OFDM波形由于存在多个正交的子载波，因此允许对每一个子载波单独进行层析成像，从而最大限度的利用OFDM提供的频率分集。SFN技术指的是若干个发射台同时在同一频段发射相同信号，以实现对一定服务区的可靠覆盖。SFN最突出的优点在于其频谱资源利用效率的提高。作为外辐射源雷达的一种重要的机会照射源，在万显荣的论文(单频网分布式外辐射源雷达技术，雷达学报，2014，Vol.3，No.6，pp.623-631)中明确提出了单频网分布式外辐射源雷达的概念，论述了该体制雷达的主要特性及面临的核心问题并对其应用前景进行了展望。在SFN配置下，布置一个或多个接收站即可构成多发一收或多发多收探测系统，因此基于SFN照射源的外辐射源雷达必然是分布式和网络化的。分布式多传感网络提供了诸多优势，由于各个发射站照射目标的角度不同，回波样本在波数域的覆盖范围将大大扩展，从而可显著提高成像性能。
技术实现思路
本专利技术的目的是在实现传统外辐射源雷达的目标检测、跟踪功能以外，充分利用现代数字广播电视信号的特点，提出一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法，该方法使得外辐射源雷达成像性能显著提高，从而为进一步研究利用外辐射源雷达进行非合作目标识别奠定基础。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。本专利技术提出的一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法，其所利用的机会照射源采用两项关键技术，即OFDM技术和SFN技术。OFDM的多载波结构允许对每一个子载波分别进行层析成像，从而可最大限度的利用OFDM提供的频率分集；SFN中各个发射站照射目标的角度不同，回波样本在波数域的覆盖将大大扩展，从而可显著提高成像性能。所述一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法，主要包括以下步骤：步骤1，对OFDM信号进行正交解调以获取每一个子载波数据。步骤2，对解调出的每一个子载波分别进行层析成像并对所有子载波成像结果进行相干融合以得到单个双基对目标图像。步骤3，对所有双基对目标图像进行融合以获取最终高分辨目标图像。所述对OFDM信号进行正交解调以获取每一个子载波数据，其特征在于，包括以下子步骤：步骤1.1，对接收到的第m个发射站信号进行分段，对第i段信号首先去除循环前缀再进行傅里叶变换得到，Smn(i,k)＝∫∫σ(x,y)dkTexp(-j2π(fc+kΔf)τmn)dxdy，k＝0,1,...,N-1,其中σ(x,y)为目标反射率函数，dk是分配给每一个子载波的数据符号，T表示OFDM符号有效数据体持续时间，fc是载频，Δf是子载波间隔，τmn是第m个双基对时延，N表示子载波个数。步骤1.2，在接收端恢复出原始的数据符号dk。步骤1.3，将Smn(i,k)与原始数据符号dk的共轭进行相乘得到，Smn(i,k)＝∫∫σ(x,y)CTexp(-j2π(fc+kΔf)τmn)dxdy，k＝0,1,...,N-1,其中为常数。所述对解调出的每一个子载波分别进行层析成像并对所有子载波成像结果进行相干融合以得到单个双基对目标图像，其特征在于，包括以下子步骤：步骤2.1，去除Smn(i,k)中与成像无关的固定项并通过变量代换得到，Smn(i,k)＝∫∫σ(x,y)exp(j2π(xkx+yky))dxdy，k＝0,1,...,N-1,其中x、y为目标散射点坐标，为波数，λk为第k个子载波波长，θ为目标转动角度，和分别为发射站和接收站方位角。步骤2.2，令则于是Smn(i,k)可改写为，将kx、ky的表达式代入中得，步骤2.3，对进行傅里叶变换得到，步骤2.4，将σ(x,y)转换为极坐标格式即得到对应于第m个发射站的第k个子载波的目标图像为，其中为，于是得到第m个双基对目标图像为，所述对所有双基对目标图像进行融合以获取最终高分辨目标图像，其特征在于，通过以下表达式实现：与现有技术相比，本专利技术除具备常规外辐射源雷达的低成本、抗干扰能力强、隐蔽性好、电磁兼容性好等一般优势外，还因充分结合现代数字广播电视信号的特性呈现出新特点：1)本专利技术的方法对OFDM波形每一个子载波进行层析成像，最大限度的利用OFDM提供的频率分集，从而有利于成像分辨率的提高；2)单频网中各个发射站照射目标的角度不同，回波样本的波数域覆盖范围将大大扩展，从而进一步提高成像性能；3)本专利技术的方法使得现代数字广播电视信号在提高目标成像分辨率方面的优势得以发挥；4)单频网配置下，布置一个接收站即可构成多发一收探测系统，且接收机只需工作于一个频带，因此接收系统相对于多频网得到简化。附图说明图1为本专利技术实施例中OFDM信号结构图。图2为本专利技术实施例中单频网外辐射源雷达收发站布局图。图3为本专利技术成像方案处理流程图。图4为本专利技术实施例中目标散射点模型。图5-1为本专利技术实施例中发射站位置为接收站位置为目标转动角度θ＝13°时成像结果。图5-2为本专利技术实施例中发射站位置为接收站位置为目标转动角度θ＝18°时成像结果。图6-1为本专利技术实施例中发射站位置为接收站位置为目标转动角度θ＝13°时成像结果。图6-2为本专利技术实施例中发射站位置为接收站位置为目标转动角度θ＝18°时成像结果。具体实施方式下面以具体实施例结合附图对本专利技术作进一步说明。图1为本专利技术实施例中OFDM信号结构图。设发射的第i个OFDM多载波信号形式为：其中N是子载波个数，t表示时间，dn是分配给每个子信道的数据符号，Δf是相邻子载波之间的频率间隔，满足OFDM子载波正交条件，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法，其特征在于：利用OFDM波形的单频网数字广播电视信号作为机会照射源来进行目标成像,OFDM波形的多载波结构允许对每一个子载波分别进行层析成像；单频网中各个发射站照射目标的角度不同，多基拓扑结构能大大提高回波样本在波数域的覆盖范围，从而显著提高成像性能。

【技术特征摘要】
1.一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法，其特征在于：利用OFDM波形的单频网数字广播电视信号作为机会照射源来进行目标成像,OFDM波形的多载波结构允许对每一个子载波分别进行层析成像；单频网中各个发射站照射目标的角度不同，多基拓扑结构能大大提高回波样本在波数域的覆盖范围，从而显著提高成像性能；包括以下步骤：步骤1，对OFDM信号进行正交解调以获取每一个子载波数据；步骤2，对解调出的每一个子载波分别进行层析成像并对所有子载波成像结果进行相干融合以得到单个双基对目标图像；步骤3，对所有双基对目标图像进行融合以获取最终高分辨目标图像；步骤1所述对OFDM信号进行正交解调以获取每一个子载波数据，包括以下子步骤：步骤1.1，对接收到的第m个发射站信号进行分段，对第i段信号首先去除循环前缀再进行傅里叶变换得到，其中σ(x,y)为目标散射函数，dk是分配给每一个子载波的数据符号，T表示OFDM符号有效数据体持续时间，fc是载频，Δf是子载波间隔，τmn是第m个双基对时延，N表示子载波个数；步骤1.2，在接收站恢复出原始的数据符号dk；步骤1.3，将与原始数据符号dk的共轭进行相乘得到，其中为常数；步骤2所述对每一个子载...

【专利技术属性】
技术研发人员：万显荣，夏鹏，易建新，
申请(专利权)人：武汉大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42