一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统及方法技术方案

一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统和方法，包括发射部分和接收部分，发射部分包括频率选择单元、基带信号产生器、上变频器和发射天线，频率选择单元的输出分为两路，一路连接基带信号生成器，一路送至成像算法单元，频率选择单元在每个观测时刻从频率偏置集合中按照线性或随机等规律选择单个频率偏置作为基带信号产生器的频率，经过上变频器进行载波调制，得到射频发射信号由发射天线发射出；接收部分包括接收天线、下变频器、数字采样单元和成像算法单元，通过收到的回波信号经过下变频器和数字采样单元，恢复为携带目标信息的基带信号，送到成像算法单元进行处理。本发明专利技术在每个观测时间点仅发射一个单频信号，降低了系统和成像方法的复杂度。

A Frequency Diversity Inverse Synthetic Aperture Radar Imaging System and Method

【技术实现步骤摘要】
一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统及方法
本专利技术涉及雷达信号处理
，尤其涉及一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统及方法。
技术介绍
随着宽带雷达技术的不断发展和应用，雷达成像技术在国防和民用领域取得了重大的应用和发展，它不仅大大提高了雷达获取信息的能力，而且为非合作目标识别提供了一种重要方式，是雷达发展史上的一个里程碑。ISAR成像技术可以全天候的对空中目标进行远距离的二维成像，是现代战场战略防御系统中一种极其重要的目标识别手段。在获得目标ISAR像之后，可以根据目标的大致尺寸与形状能够初步确定其类别，不需要样本库训练，这对提高部队快速反应能力，提高部队的指挥自动化水平、攻防能力、国土防空反导、反舰以及战略警能力等都具有十分重要的作用。现有的ISAR成像系统需要发射宽带信号以获得有较高分辨率的目标距离像，这对发射/接收机有较高的要求，也大大的增加了系统的复杂度和造价。但是，现有的宽带ISAR成像方法需要经过脉冲压缩、插值、重采样过程，在成像算法上较复杂。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本专利技术所解决的技术问题是如何降低ISAR成像系获得有较高分辨率的目标距离像的复杂度。为解决上述技术问题，本专利技术采用的技术方案是一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统，包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括频率选择单元、基带信号产生器、上变频器和发射天线，所述频率选择单元的输出分为两路，一路连接基带信号生成器，一路送至成像算法单元，所述频率选择单元在每个观测时刻从频率偏置集合中按照线性或随机等规律选择单个频率偏置作为基带信号产生器的频率，经过上变频器进行载波调制，得到射频发射信号由发射天线发射出去；所述接收部分包括接收天线、下变频器、数字采样单元和成像算法单元，通过收到的回波信号经过下变频器和数字采样单元，恢复为携带目标信息的基带信号，送到成像算法单元进行处理。本专利技术解决的另一个问题是频率分集逆合成孔径雷达成像方法。为此，本专利技术提供的技术方案是一种频率分集逆合成孔径雷达成像方法，包括以下步骤：(1)雷达以一定的时间间隔观测目标，其观测时间为tii＝1,2,...,N；(2)在初始观测时刻ti＝1，频率选择单元从频率偏置集合{0Δf，1Δf，…(L-1)Δf}按照线性或随机等规则选择单个频率：fi作为单频基带信号，其中Δf为固定频率增量；(3)基带信号产生器产生频率为fi的单频信号Bi(t)，Bi(t)＝cos(2πfit)，t为时间；(4)基带信号Bi(t)通过上变频器，得到射频发射信号Si(t)，由发射天线发射出去，发射信号可表示为：Si(t)＝cos(2π(f0+fi)t)(5)经目标反射后，假设目标由M个散射点组成，经过接收天线接收、下变频和数字采样，目标回波信号可表示为：其中m表示第m个散射点，σm表示第m个散射点的散射系数，其中Rm(ti)表示ti时刻时，第m个散射点与雷达的距离，c表示光速；(6)将成像区域按X轴和Y轴划分网格(像素点)，对成像区域中每一个网格节点(x，y)进行相应的时延补偿，对其中某一个网格点的时延补偿可表示为：其中R(x，y)(ti)表示ti时刻时，网格点(x，y)与雷达的距离，得到成像场景中所有网格点上时延补偿后的回波矩阵(7)令ti＝ti+1，重复上述步骤(2)-(6)，直到i＝N，得到所有回波矩阵(8)将N个时刻获得的回波矩阵相加，获得目标二维像：与现有技术相比，本专利技术的有益效果：(1)在使用单个雷达收发单元的情况下，可用目标与雷达相对运动产生逆合成孔径，并使用多个单频信号完成频率分集宽带信号的合成，获得目标二维成像，降低了系统复杂度，在匀速直线目标成像场景中尤为有效。(2)采用一个雷达收发单元分时工作，每个观测时间点只需发射一个单频信号，相比于传统的宽带信号，降低了对系统设备的要求。(3)目标成像方法的发射信号形式简单，无需脉冲压缩，即可得到距离向分辨率，且一次补偿相位即可同时得到目标的距离向、方位向图像。相比于宽带信号ISAR后向投影算法，不需要脉冲压缩、插值、重采样，降低了在成像算法上的复杂度。本专利技术相比于现有的宽带ISAR成像系统和成像方法，在每个观测时间点仅发射一个单频信号，降低了系统和成像方法的复杂度。附图说明图1为雷达系统与目标几何结构关系图；图2为本专利技术系统结构示意图；图3为成像模型图；图4为本专利技术方法流程示意图；图5为多目标仿真场景图；图6为多目标仿真成像结果图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步的说明，但不是对本专利技术的限定。雷达系统与目标几何结构关系，如图1所示，由1个雷达收发单元(空心正方形)和目标所构成，雷达在不同时刻ti向目标发射单频信号。图2示出了一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统，包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括频率选择单元、基带信号产生器、上变频器和发射天线，所述频率选择单元的输出分为两路，一路连接基带信号生成器，一路送至成像算法单元，所述频率选择单元在每个观测时刻从频率偏置集合中按照线性或随机等规律选择单个频率偏置作为基带信号产生器的频率，经过上变频器进行载波调制，得到射频发射信号由发射天线发射出去；所述接收部分包括接收天线、下变频器、数字采样单元和成像算法单元，通过收到的回波信号经过下变频器和数字采样单元，恢复为携带目标信息的基带信号，送到成像算法单元进行处理，得到的成像模型如图3所示。图4示出了本专利技术方法流程，一种频率分集逆合成孔径雷达成像方法，包括以下步骤：(1)雷达以一定的时间间隔观测目标，其观测时间为tii＝1,2,...,N；(2)在初始观测时刻ti＝1，频率选择单元从频率偏置集合{0Δf，1Δf，…(L-1)Δf}按照线性或随机等规则选择单个频率：fi作为单频基带信号，其中Δf为固定频率增量；(3)基带信号产生器产生频率为fi的单频信号Bi(t)，Bi(t)＝cos(2πfit)，t为时间；(4)基带信号Bi(t)通过上变频器，得到射频发射信号Si(t)，由发射天线发射出去，发射信号可表示为：Si(t)＝cos(2π(f0+fi)t)(5)经目标反射后，假设目标由M个散射点组成，经过接收天线接收、下变频和数字采样，目标回波信号可表示为：其中m表示第m个散射点，σm表示第m个散射点的散射系数，其中Rm(ti)表示ti时刻时，第m个散射点与雷达的距离，c表示光速；(6)将成像区域按X轴和Y轴划分网格(像素点)，对成像区域中每一个网格节点(x，y)进行相应的时延补偿，对其中某一个网格点的时延补偿可表示为：其中R(x，y)(ti)表示ti时刻时，网格点(x，y)与雷达的距离，得到成像场景中所有网格点上时延补偿后的回波矩阵(7)令ti＝ti+1，重复上述步骤(2)-(6)，直到i＝N，得到所有回波矩阵(8)将N个时刻获得的回波矩阵相加，获得目标二维像：实验场景：频率分集逆合成孔径雷达成像系统采用如图1所示的目标与雷达结构图，目标以100m/s的速度向Y轴的正方向运动，雷达一共观测241次数。雷达信号载频f0＝10GHz，频率增量Δf＝200KHz，频率增量个数N＝241。成像区域范围：X轴方向为-10m～10m，Y轴方向为-10m～10m，在区域等间距划分一个100×100的网格，相邻网络节点间隔为0.2本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统，其特征在于，包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括频率选择单元、基带信号产生器、上变频器和发射天线，所述频率选择单元的输出分为两路，一路连接基带信号生成器，一路送至成像算法单元，所述频率选择单元在每个观测时刻从频率偏置集合中按照线性或随机等规律选择单个频率偏置作为基带信号产生器的频率，经过上变频器进行载波调制，得到射频发射信号由发射天线发射出去；所述接收部分包括接收天线、下变频器、数字采样单元和成像算法单元，通过收到的回波信号经过下变频器和数字采样单元，恢复为携带目标信息的基带信号，送到成像算法单元进行处理。

【技术特征摘要】
1.一种频率分集逆合成孔径雷达成像系统，其特征在于，包括发射部分和接收部分，所述发射部分包括频率选择单元、基带信号产生器、上变频器和发射天线，所述频率选择单元的输出分为两路，一路连接基带信号生成器，一路送至成像算法单元，所述频率选择单元在每个观测时刻从频率偏置集合中按照线性或随机等规律选择单个频率偏置作为基带信号产生器的频率，经过上变频器进行载波调制，得到射频发射信号由发射天线发射出去；所述接收部分包括接收天线、下变频器、数字采样单元和成像算法单元，通过收到的回波信号经过下变频器和数字采样单元，恢复为携带目标信息的基带信号，送到成像算法单元进行处理。2.一种频率分集逆合成孔径雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)雷达以一定的时间间隔观测目标，其观测时间为tii＝1,2,...,N；(2)在初始观测时刻ti＝1，频率选择单元从频率偏置集合{0Δf,1Δf,…(L-1)Δf}按照线性或随机等规则选择单个频率：fi作为单频基带信号，其中Δf为固定频率增量...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖可非，杜毅，欧阳缮，李晶晶，刘扬，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：广西,45