基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法技术

本发明专利技术公开了一种基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法，属于目标成像与探测领域，采用调频连续波合成孔径雷达（SAR）系统作为探测主机，发射点频与线性调频信号的联合波形，将基于超材料调制编码方法实现的标签设计等效为具有对雷达探测信号调制功能的点目标。利用点频段的回波信号解算超材料点目标的调制频率，并构建补偿因子，对波数域成像算法进行距离向与方位向二维调制补偿，实现调制目标的聚焦成像。本发明专利技术可在标签识别与定位的同时，实现标签周围环境的成像与感知。实现标签周围环境的成像与感知。实现标签周围环境的成像与感知。

【技术实现步骤摘要】
基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法


[0001]本专利技术属于目标成像与探测领域，具体涉及一种基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法。

技术介绍

[0002]标签技术通过标签端的信息编码与主机端的信号检测完成信息交互。一方面通过信息编码实现标签的唯一性识别，另一方面通过信号检测与通信时间延迟，实现标签的发现与定位。通过对携带自定义标签，可实现人、物体或设备的识别与定位，进而为人类的生活、生产、管理等提供更好的保障。
[0003]传统RFID标签技术，主机通过读取标签的编码信息可实现对个体的准确识别，这种方法技术成熟，标签具有廉价、低功耗、重量轻的优势，但存在作用距离不足、定位精度差等问题。另一代表性技术为超宽带无线通信技术（UWB），UWB是通过主机与标签之间通信完成标签的识别与定位，其具有低功耗、低成本的优势，但在定位精度、刷新率方面也存在不足。
[0004]合成孔径雷达技术可实现远距离、高分辨二维成像，将合成孔径雷达技术与标签技术相结合，有望在实现标签的远距离、高精度、高刷新率定位的同时，实现对异步调制标签的聚焦成像。相比传统标签技术，可极大提升标签周围环境的成像与感知能力，对复杂场景的目标高精度定位与环境感知具有重要意义。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法，采用调频连续波合成孔径雷达（SAR）系统作为探测主机，发射点频与线性调频信号的联合波形，将基于超材料调制编码方法实现的标签设计等效为具有对雷达探测信号调制功能的点目标。利用点频段的回波信号解算超材料点目标的调制频率，并构建补偿因子，对波数域成像算法进行距离向与方位向二维调制补偿，实现调制目标的聚焦成像。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：一种基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法，包括如下步骤：步骤1、构建点频信号与线性调频信号的联合波形；步骤2、线性调频段回波信号相干接收后，根据去调频接收原理构建超材料标签调制的回波信号模型；步骤3、将点频段回波信号变换到二维频域，根据超材料标签调制的回波信号模型解算目标方位调制频率；步骤4、利用超材料标签的调制参数和步骤3中解算出的目标方位调制频率分别对线性调频段回波信号进行距离向和方位向的调制补偿，再通过构建一致性压缩的参考函数与Stolt插值实现全局徙动校正与方位压缩，最后通过二维逆傅里叶变化得到聚焦图像结果。
[0007]有益效果：本专利技术提出的方法结合了合成孔径雷达技术和超材料标签调制的特点，可实现对异步调制标签的定位与聚焦成像，与传统标签技术相比，可在标签识别与定位的同时，实现标签周围环境的成像与感知。
附图说明
[0008]图1为点频信号与线性调频信号联合波形图；图2 为本专利技术的基于合成孔径雷达的超材料调制标签目标定位与成像方法的流程图。
具体实施方式
[0009]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0010]如图2所示，本专利技术的基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法包括如下步骤：步骤1、构建点频信号与线性调频信号的联合波形；步骤2、线性调频段回波信号相干接收后，根据去调频接收原理构建超材料标签调制的回波信号模型；步骤3、将点频段回波信号变换到二维频域，根据超材料标签调制的回波信号模型解算目标方位调制频率；步骤4、利用超材料标签的调制参数和步骤3中解算出的目标方位调制频率分别对线性调频段回波信号进行距离向和方位向的调制补偿，再通过构建一致性压缩的参考函数与Stolt插值实现全局徙动校正与方位压缩，最后通过二维逆傅里叶变化得到聚焦图像结果。
[0011]具体地，所述步骤1 包括：超材料调制标签在SAR回波的距离向和方位向都将产生调制作用，在聚焦成像前需要消除调制效应的影响。距离向的调制效应可以根据超材料调制标签的调制参数予以消除，方位向的调制效应需要专门的发射波形设计以提取方位调制参数。为此，本专利技术设计了一种由点频和线性调频组成的联合波形，如图1所示，上图为幅度随时间变化关系图，下图为频率随时间变化关系图，波形重复周期为，在一个周期内，点频信号时间长度为，线性调频信号时间长度为，为时间内点频信号频率，同时也表示线性调频段的起始频率，为线性调频段的截止频率，为线性调频率利用点频信号回波解算方位调制频率，利用线性调频信号实现目标成像。
[0012]（1）
其中，为发射信号、、分别为点频信号和线性调频信号幅度、为载频、为发射信号传播时间、为平台运动时间、为线性调频率、为自然数、exp[]代表e的指数幂运算，j表示虚数、为点频信号距离向包络函数、为线性调频信号距离向包络函数、rect()为矩形函数（对任意变量，若，，若，）、为方位向包络函数、为斜距平面内测得的目标视角、为波束宽度、为脉冲函数，为不等于零的任意变量。
[0013]具体地，所述步骤2包括：本专利技术采用调制编码方法实现标签，其可等效为具有对雷达探测信号调制功能的点目标，设调制频率为、第n个调制信号的初始相位为，n取正整数，调制方式为相位调制。根据本步骤1中的联合波形，线性调频段回波信号表示为：（2）其中，为回波幅度参数、表示回波的延时，为雷达与目标的实时斜距，目标在场景中坐标为，表示最小斜距，为目标方位位置，为平台运动速度，全时间，为斜视角，电磁波的在空气中的传播速度。
[0014]采用发射信号作为去斜接收的本振信号，去斜后的中频信号为，其表达式为：
（3）其中，为去斜接收的中频信号幅度参数。
[0015]对公式（3）进行距离向与方位向的二维傅里叶变换得到接收中频回波的二维频域信号，其表达式为：（4）其中，为表征目标距离的频率值、表示点目标的在零多普勒时刻的距离，为距离向频率轴变量，为方位向频率轴变量，为二维频域信号的幅度参数。
[0016]为方位频谱包络，为最小斜距，为平台运动速度，为点目标调制导致的方位向频谱偏移量，mod为取余函数。公式（4）表明，标签调制信号使得回波信号在距离频域产生的偏移，在方位频域产生的偏移，将导致成像处理无法聚焦，在进行成像处理前需要解算出偏移量并进行补偿。
[0017]具体地，所述步骤3包括：根据步骤1的联合波形，采用去斜接收后得到的点频信号段回波信号表示为：（5）其中，为去斜接收的点频信号的时域形式，为去斜接收的点频信号幅度参数；对去斜接收的点频信号段回波信号做二维傅里叶变换，获得去斜接收后点频信号的二维频谱信号理论模型，其表达式为：（6）其中，为距离频谱包络，为去斜接收后点频信号二维频谱的幅度参数。
[0018]由公式（6）可知，对实际接收的点频信号段回波信号进行二维傅里叶变换，通过实际接收的点频信号段回波信号的二维频谱与去斜接收后得到的点频信本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、构建点频信号与线性调频信号的联合波形；步骤2、在线性调频段回波信号相干接收后，根据去调频接收原理构建超材料标签调制的回波信号模型；步骤3、将点频段回波信号变换到二维频域，根据超材料标签调制的回波信号模型解算目标方位调制频率；步骤4、利用超材料标签的调制参数和步骤3中解算出的目标方位调制频率分别对线性调频段回波信号进行距离向和方位向的调制补偿，再通过构建一致性压缩的参考函数与Stolt插值变换实现全局徙动校正与方位压缩，最后通过二维逆傅里叶变化得到聚焦图像结果。2.根据权利要求1所述的一种基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法，其特征在于，所述步骤1中的所述点频信号用于解算目标方位调制频率，所述线性调频信号用于实现目标成像。3.根据权利要求2所述的一种基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法，其特征在于，所述步骤2包括：采用调制编码方法实现超材料标签，超材料标签等效为具有对雷达探测信号实现调制功能的点目标，调制方式为相位调制；对步骤1中的联合波形求解线性调频段回波信号，采用发射信号作为去斜接收的本振信号，进行距离向与方位向的二维傅里叶变换得到接收中频回波的二维频域信号。4.根据权利要求3所述的一种基于合成孔径雷达的超材料标签目标定位与成像方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：丁满来，王胤燊，王雪梅，汪丙南，王亚超，
申请(专利权)人：中国科学院空天信息创新研究院，
类型：发明
国别省市：