一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法技术

本发明专利技术公开了一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法，该方法利用频率分集阵列（Frequency Diverse Array，FDA），利用频率调制阵列产生涡旋波，并实现雷达成像；将电磁涡旋应用在FDA雷达成像系统中，将电磁涡旋应用在FDA雷达成像系统中，利用电磁涡旋的螺旋形相位波前结构，可以获得更高的空间目标分辨率，结构简单，可获得比传统频率分集阵列雷达更丰富的成像信息。在电磁成像领域提供新的可能性，具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法


[0001]本专利技术涉及雷达信号处理领域，具体是一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵 雷达成像方法。

技术介绍

[0002]近年来，随着天线、射频以及数字处理技术的发展，雷达系统可以显现出高 分辨率、广覆盖面、宽测绘带的图像。但是，目前的雷达成像技术都是在时域、 频域、空域，以及极化域进行的信息调制。轨道角动量是电磁波固有的物理量， 其作为独立于频率和极化的一个全新的域可以为信息调制带来更加丰富的自由 度。现有的涡旋波成像雷达采用相位调制产生带有轨道角动量的涡旋波，以获得 涡旋波成像结果，但是，对发射机和接收机的硬件要求高。

技术实现思路

[0003]本专利技术的目的在于克服现有技术的不足，而提供一种发射涡旋电磁波的频率 分集圆阵雷达成像方法，该方法利用频率分集阵列(Frequency Diverse Array， FDA)，利用频率调制阵列产生涡旋波，并实现雷达成像；将电磁涡旋应用在FDA 雷达成像系统中，由于电磁涡旋相比于普通平面波具有螺旋形的相位波前结构， 可以获得更高的空间目标分辨率，结构简单，可获得比传统频率分集阵列雷达更 丰富的成像信息。
[0004]实现本专利技术目的的技术方案是：
[0005]一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法，包括如下步骤：
[0006]1)构造频率分集圆阵
[0007]将中心频率f
c
、测量中心频率对应的波长λ，采用公式λ＝c/f
c
计算，其中 c为光速；构造的频率分集阵列的每个阵元的发射频率依次线性增加，频率间隔 为Δf；天线阵列为圆阵，圆阵半径为L
r
，阵元个数为N，阵元间隔角度为Δθ， 发射阵元的坐标为c/(f
c
+(i
‑
1)*Δf)，i＝1,2,3
…
,N；
[0008]2)N个阵元均匀圆阵天线，阵元发射的信号表示为：
[0009][0010]公式(1)中，rect(
·
)表示矩形信号，A表示信号幅度，t为距离向时间变量， T
r
为信号持续时间，下标r表示距离向，f
c
表示天线的中心频率；
[0011]3)N个阵元的发射天线将N个信号s(t)发射出去，当信号遇到目标后，将 信号发射回来；
[0012]4)N个阵元的接收天线接收遇到目标反射回来的回波信号，设第n个接收 天线接收的回波信号为r
n
(t)：
[0013][0014]其中表示目标距离阵元的双程距，目标的位置距离信息表示 为：
[0015][0016]阵元的坐标位置距离信息为：
[0017][0018]公式(3)、(4)中，(r
k
,φ
k
,θ
k
)表示第k个目标的球坐标，m表示第m个发 射阵元，表示目标的位置，表示阵元的坐标；
[0019]5)将每个阵元的回波信号进行累加求和r(t)
[0020][0021]公式(5)中，K表示目标个数，m表示第m个发射阵元，接收阵元接收的 回波信号经过滤波器进行滤波后进入成像算法单元；
[0022]6)在成像算法单元中，将成像中的成像区域按距离和角度来划分网格，将 场景的长度设置为R
x
，R
x
范围为(R
xmin
，R
xmax
)，间距为角度数量设置为N
phi
， 角度间距为d
phi
，每一个网格对应一个像素点，计算每个网格到每一个阵元的距 离，根据网格计算，则第j个网格到第n个阵元的距离为：
[0023][0024][0025]其中R
x
(i)表示在R
x
在范围为(R
xmin
，R
xmax
)中以间距进行划分的第i个 长度值，N
phi
(k)表示在2π范围内以d
phi
间距进行划分时的第k个角度值；
[0026]7)根据每个网格到每个阵元的距离，计算出每个网格到每个阵元的双程时 延为τ
nj
：
[0027][0028]8)利用步骤7)所得的双程时延对回波信号进行相位补偿，得到每个网格 点对应的第n个阵元的复像素值P
n
(j)为：
[0029][0030]9)在每个成像网格中，对所有已经相位补偿的信号进行累加求和得到最终 成像结果为：
[0031][0032]本专利技术提供的一种基于涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法，该方法利 用频率分集和均匀圆阵形成涡旋电磁波，将电磁涡旋应用在FDA雷达成像系统 中，利用电磁涡旋的螺旋形相位波前结构，可以获得更高的空间目标分辨率，结 构简单，可获得比传统频率分集阵列雷达更丰富的成像信息。在电磁成像领域提 供新的可能性，具有良好的应用
前景。
附图说明
[0033]图1为本专利技术方法的流程图；
[0034]图2为频率分集圆阵阵列原理图；
[0035]图3为涡旋电磁波波束图；
[0036]图4为涡旋电磁波相位图；
[0037]图5为点目标原始场景图；
[0038]图6为实施例点目标成像结果。
具体实施方式
[0039]下面结合附图和实施例对本
技术实现思路
做进一步阐述，但不是对本专利技术的限定。
[0040]实施例：将图5中待测物体设定为测量模型，对点目标进行成像，如图1 所示，具体方法如下：
[0041](1)构造频率分集阵列
[0042]将测量中心频率，记作f
c
＝9GHz；λ为测量中心频率对应的波长，采用公 式λ＝c/f
c
计算，其中c为光速；构造的频率分集阵列的每个阵列的发射频率依 次线性增加，频率间隔为Δf＝0.15GHz；天线阵列为圆阵，阵列的半径为L
r
＝3λ， 阵元个数为N＝82，阵元间隔角度为Δθ＝360/N。发射阵元的坐标为 c/(f
c
+(i
‑
1)*Δf)，i＝1,2,3
…
,N。
[0043](2)N个阵元均匀圆阵天线，阵元发射的信号可以表示为：
[0044][0045]式中，rect(
·
)表示矩形信号，A表示信号幅度，t为距离向时间变量，T
r
为 信号持续时间，下标r表示距离向；f
c
表示天线的中心频率。
[0046](3)利用极坐标设置三个目标位置(3)利用极坐标设置三个目标位置
[0047](4)N个阵元的发射天线将N个信号s(t)发射出去，当信号遇到目标后， 将信号发射回来。
[0048](5)N个阵元的接收天线接收遇到目标反射回来的回波信号，设第n个接 收天线接收的回波信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种发射涡旋电磁波的频率分集圆阵雷达成像方法，其特征在于，包括如下步骤：1)构造频率分集圆阵将中心频率f
c
、测量中心频率对应的波长λ，采用公式λ＝c/f
c
计算，其中c为光速；构造的频率分集阵列的每个阵元的发射频率依次线性增加，频率间隔为Δf；天线阵列为圆阵，圆阵半径为L
r
，阵元个数为N，阵元间隔角度为Δθ，发射阵元的坐标为c/(f
c
+(i
‑
1)*Δf)，i＝1,2,3
…
,N；2)N个阵元均匀圆阵天线，阵元发射的信号表示为：公式(1)中，rect(
·
)表示矩形信号，A表示信号幅度，t为距离向时间变量，T
r
为信号持续时间，下标r表示距离向，f
c
表示天线的中心频率；3)N个阵元的发射天线将N个信号s(t)发射出去，当信号遇到目标后，将信号发射回来；4)N个阵元的接收天线接收遇到目标反射回来的回波信号，设第n个接收天线接收的回波信号为r
n
(t)：其中表示目标距离阵元的双程距，目标的位置距离信息表示为：阵元的坐标位置距离信息为：公式(3)、(4)中，(r
k
,φ
k
,θ
k
)表示第k个目标的球坐标，m表示第m个发射阵元，表示目标的位置，表示阵...

【专利技术属性】
技术研发人员：廖可非，任雯欣，王海涛，蒋俊正，纪元法，孙希延，谢跃雷，张静，李秀平，施兴相，
申请(专利权)人：桂林电子科技大学，
类型：发明
国别省市：