一种分布式雷达二维高分辨成像构型设计方法技术

本发明专利技术公开了一种分布式雷达二维高分辨成像构型设计方法，首先建立分布式雷达回波模型，分析几何构型与回波波数谱间的映射关系，然后在波数域上对波数谱进行距离向和方位向的扩展，快速获得二维高分辨率成像需求下的波数谱分布，最后根据雷达平台的飞行速度，以及主发射机和主接收机的起始构型关系，求解出多个从接收机的构型位置，实现分布式雷达二维高分辨成像的构型设计。本发明专利技术的方法设计的分布式雷达构型，利用雷达回波在波数域上的分布特性，求解扩展波数谱带宽的空间构型，能有效提升距离向和方位向的二维成像分辨率，可以在较低的发射信号带宽和合成孔径时间下，获得二维高分辨率雷达图像。高分辨率雷达图像。

【技术实现步骤摘要】
一种分布式雷达二维高分辨成像构型设计方法


[0001]本专利技术属于雷达探测与成像领域，具体涉及一种分布式雷达二维高分辨成像构型设计方法。

技术介绍

[0002]分布式雷达，能够在全天时、全天候条件下，通过收发站分离，获得目标在不同探测频段和探测角度的信息，并通过对多个回波数据信息的融合，能够快速获得目标二维高分辨率成像结果。
[0003]为了提升短时间内分布式雷达沿方位的成像分辨率，文献“Junyu Zhu，Deqing Mao，Yongchao Zhang，et al.A topology design method based on wavenumber spectrum generation for multistatic synthetic aperture radar.2021IEEE International Geoscience and Remote Sensing Symposium，pp.5453
–
5456”提出了一种基于波数谱生长的分布式雷达构型设计方法，通过沿方位向生成波数谱的方法，得到新的波数谱分布，再由此计算出雷达平台的几何构型，但是该方法仅适用于目标方位向的短时高分辨成像。文献“Deqing Mao，Yongchao Zhang,Jifang Pei，et al.Forwardlooking geometric configuration optimization design for spaceborne
‑
airborne multistatic synthetic aperture radar.IEEE Journal of Selected Topics in Applied Earth Observations and Remote Sensing，vol.14，pp.8033
–
8047，2021”提出了一种基于遗传算法的分布式雷达构型优化设计方法，利用多目标优化方法获得优化的几何构型，同时满足了短时方位高分辨、两维分辨率均衡和规则点扩散函数等多种应用需求，但该方法运算复杂度较高。

技术实现思路

[0004]为解决上述技术问题，本专利技术提出了一种分布式雷达二维高分辨成像构型设计方法，目的是通过分布式雷达构型设计，提高分布式雷达系统的二维成像分辨力，实现短时低带宽的二维高分辨成像。
[0005]本专利技术的技术方案为：一种分布式雷达二维高分辨成像构型设计方法，具体步骤如下：
[0006]步骤一、分布式雷达回波模型建立，
[0007]本专利技术的方法中，分布式雷达系统包含1个发射机和N个接收机。发射机与接收机的笛卡尔坐标分别为(x
T
,y
T
,z
T
)和(x
Rn
,y
Rn
,z
Rn
)，式中T表示发射机，R
n
表示第n个接收机，n＝1,2,...,N。设发射机与接收机的速度分别为v
T
＝(v
xT
,v
yT
,0)和v
Rn
＝(v
xRn
,v
yRn
,0)，v
xT
，v
xRn
分别表示发射机T和接收机R
n
沿x轴的飞行速度，v
yT
，v
yRn
分别表示发射机T和接收机R
n
沿y轴的飞行速度，且发射机与接收机的速度大小一致，即||v
T
||＝||v
Rn
||，参考目标点位于坐标原点O，观测目标P的坐标为(x
P
,y
P
,z
P
)。
[0008]发射机辐射线性调频信号(LFM)，接收机R
n
接收到的回波信号首先进行脉冲压缩，
之后与参考点O的回波信号进行相关处理，得到回波的距离频率域表达式为：
[0009][0010]其中，rect(
·
)表示矩形窗函数，A
n
,f
t
,τ,T
a
,K
r
,T
r
,c和f
c
分别表示回波幅度，距离频率变量，慢时间，合成孔径时间，调频率，脉宽，电磁波传播速度和载波频率。r
P
(τ)＝r
TP
(τ)+r
RnP
(τ)表示发射机T与接收机R
n
相对于目标点P的距离历史，r
TP
(τ)，r
RnP
(τ)分别表示发射机T和接收机R
n
相对于目标点P的距离历史。r
O
(τ)＝r
TO
(τ)+r
RnO
(τ)表示发射机T与接收机R
n
相对于参考点O的距离历史，r
TO
(τ)，r
RnO
(τ)分别表示发射机T和接收机R
n
相对于参考点O的距离历史。所有雷达平台具有相同的合成孔径时间T
a
。
[0011]步骤二、分布式雷达回波波数域投影，
[0012]在远场情况下，目标点P和参考点O之间的距离历史差可以近似表示为：
[0013][0014]其中，x
T
(τ)、x
Rn
(τ)分别表示τ时刻发射机T和接收机R
n
的x坐标，y
T
(τ)、y
Rn
(τ)分别表示τ时刻发射机T和接收机R
n
的y坐标，x
P
和y
P
分别表示步骤一中观测目标P的x坐标和y坐标。
[0015]定义接收机R
n
的回波在波数域沿x轴和y轴的波数变量k
xn
、k
yn
为：
[0016][0017]其中，k(f
t
)＝2π(f
c
+f
t
)/c。根据步骤一中所得回波表达式，可得接收机R
n
的回波投影到波数域的波数谱为：
[0018]S
n
(k
xn
,k
yn
)＝A
n
exp[j(x
P
k
xn
+y
P
k
yn
)]ꢀꢀ
(4)
[0019]步骤三、距离向波数谱扩展，
[0020]已知发射机T和接收机R
n
‑1的构型和速度，为了提高波数谱的距离带宽，步骤二中接收机R
n
‑1和接收机R
n
波数谱沿慢时间τ方向的边应尽可能重合，以最大化扩展f
t
方向的波数谱本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种分布式雷达二维高分辨成像构型设计方法，具体步骤如下：步骤一、分布式雷达回波模型建立，分布式雷达系统包含1个发射机和N个接收机，发射机与接收机的笛卡尔坐标分别为(x
T
,y
T
,z
T
)和(x
Rn
,y
Rn
,z
Rn
)，T表示发射机，R
n
表示第n个接收机，n＝1,2,...,N，设发射机与接收机的速度分别为v
T
＝(v
xT
,v
yT
,0)和v
Rn
＝(v
xRn
,v
yRn
,0)，v
xT
,v
xRn
分别表示发射机T和接收机R
n
沿x轴的飞行速度，v
yT
,v
yRn
分别表示发射机T和接收机R
n
沿y轴的飞行速度，且发射机与接收机的速度大小一致，即||v
T
||＝||v
Rn
||，参考目标点位于坐标原点O，观测目标P的坐标为(x
P
,y
P
,z
P
)；发射机辐射线性调频信号(LFM)，接收机R
n
接收到的回波信号首先进行脉冲压缩，之后与参考点O的回波信号进行相关处理，得到回波的距离频率域表达式为：其中，rect(
·
)表示矩形窗函数，A
n
,f
t
,τ,T
a
,K
r
,T
r
,c和f
c
分别表示回波幅度，距离频率变量，慢时间，合成孔径时间，调频率，脉宽，电磁波传播速度和载波频率，r
P
(τ)＝r
TP
(τ)+r
RnP
(τ)表示发射机T与接收机R
n
相对于目标点P的距离历史，r
TP
(τ)，r
RnP
(τ)分别表示发射机T和接收机R
n
相对于目标点P的距离历史，r
O
(τ)＝r
TO
(τ)+r
RnO
(τ)表示发射机T与接收机R
n
相对于参考点O的距离历史，r
TO
(τ)，r
RnO
(τ)分别表示发射机T和接收机R
n
相对于参考点O的距离历史；步骤二、分布式雷达回波波数域投影，远场情况下目标点P和参考点O之间的距离历史差近似表示为：其中，x
T
(τ)、x
Rn
(τ)分别表示τ时刻发射机T和接收机R
n
的x坐标，y
T
(τ)、y
Rn
(τ)分别表示τ时刻发射机T和接收机R
n
的y坐标；定义接收机R
n
的回波在波数域沿x轴和y轴的波数变量k
xn

【专利技术属性】
技术研发人员：黄钰林，张寅，毛德庆，杨建宇，米晨阳，杨海光，张永超，张永伟，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：