基于均匀线阵频分的制造技术

本发明专利技术公开了一种基于均匀线阵频分的

【技术实现步骤摘要】
基于均匀线阵频分的MIMO
‑
SAR信号成像方法


[0001]本专利技术属于雷达
，更进一步涉及一种
MIMO
‑
SAR
信号成像方法，可用于多发多收合成孔径雷达信号的目标探测
。

技术介绍

[0002]多发多收合成孔径雷达
MIMO
‑
SAR
是近年来提出并备受关注的一种新型雷达模式，通过多天线同时发射
、
多天线同时接收的工作方式能够获得远多于实际天线数目的等效观测通道，为解决常规
SAR
面临的方位向高分辨率与宽测绘带指标相互矛盾
、
弱小慢速运动目标难以检测等难题提供了更为有效的技术途径
。
[0003]阵列信号处理是先将一组传感器按一定方式布置在空间不同位置上，以形成传感器阵列，再用传感器阵列来接收空间信号
,
得到信号源的空间离散观测数据
。
[0004]谢矿生在文章编号为
1001
‑
893X(2015)03
‑
0233
‑
05
的论文中提出一种基于回波数据压缩的
MIMO
‑
SAR
成像方法，其首先通过对
MIMO
‑
SAR
回波数据的分析，补偿由于
MIMO
雷达收发分置导致的相位误差；其次利用距离徙动算法对回波数据进行预处理并分析了其稀疏性；然后针对预处理后的回波数据进行压缩传输，在接收端利用压缩感知重构算法获得回波数据在距离多普勒域的稀疏表示并进行成像处理
。
该方法虽然可在大幅压缩
MIMO
‑
SAR
回波数据的基础上实现准确成像，但由于发射信号的互相关性较高，因而导致成像结果不准确
。
[0005]内蒙古工业大学在其申请号为
201410561751.0
的专利文献中提出一种线性阵列天线同时
MIMO
‑
SAR
成像系统和方法，该成像系统包括：线性阵列天线
、
线性阵列天线正交频分
MIMO
收发装置
、
数据采集装置
、
预处理模块和成像处理模块
。
其中，线性阵列天线包括发射和接收阵列天线；正交频分
MIMO
收发装置既可以产生多路射频信号，还可以接收多路回波信号并生成视频回波信号；数据采集装置用于采集视频回波信号并生成成像回波数字信号；预处理模块可根据固定相位偏差对成像回波数字信号进行相位补偿；成像处理模块对经相位补偿后的成像回波数字信号进行成像
。
该系统可实现信号的同时多发多收，且无需提高成像系统的脉冲重复频率，该方法虽然有利于成像系统实现远距离不模糊成像和大幅宽成像，但由于信号峰值旁瓣比较差，因而导致成像结果的距离分辨力和多普勒分辨力较低
。

技术实现思路

[0006]本专利技术的目的在于针对上述已有技术的不足，提出一种基于均匀线阵频分的
MIMO
‑
SAR
信号成像方法，以降低发射信号间的互相关性和成像结果的准确性，提升信号峰值旁瓣比
。
[0007]为实现上述目的，本专利技术的技术方案包括如下：
[0008]实现本专利技术的具体思路是，搭建几何场景；将两段基本线性调频信号组合成一个用以发射的基础
MIMO
‑
SAR
体制信号；采用频分和码分对信号进行编码，根据截获被干扰方
的线性调频信号参数生成一体化信号，在干扰接受端形成调频斜率失配干扰；同时在己方雷达接受端经过匹配滤波和数字波束形成，实现目标方向上信号的高增益；进行
RD
成像处理，得到目标的准确位置
。
[0009]根据上述思路，本专利技术的实现步骤包括如下：
[0010]1)
设置平台
、T/R
收发系统和干扰目标，构成几何场景，其中
T/R
收发系统包括发射机和接收机；
[0011]2)
设计
MIMO
‑
SAR
雷达的四种频率错开且正交的探测信号
s1(t),s2(t),s3(t),s4(t)
，并通过
1)
中所述的发射机发射：
[0012]2a)
根据基本线性调频信号设计雷达探测信号
s
a
(t)
：
[0013][0014]其中，
rect[
·
]为生成矩阵，
T
p
为线性调频持续时间，
T1表示前半段信号的持续时间，
T2表示后半段信号的起始频率表示前半段信号的起始频率，
k
a1
表示前半段信号的调频斜率，表示后半段信号的起始频率，
k
a2
表示后半段信号的调频斜率，
a
为发射信号的编号；
[0015]2b)
设置不同的频率和调频斜率
k
a1
、k
a2
，并将其分别代入探测信号
s
a
(t)
，分别构成四种频率错开且两两正交的个体探测信号
s1(t),s2(t),s3(t),s4(t)
：
[0016]2b1)
在
a
＝1时，设置
f
s11
＝0，
f
s12
＝
B
，
k
11
＝
2k
r
，
k
12
＝
‑
2k
r
，得到个体探测信号
s1(t)
：
[0017][0018]2b2)
在
a
＝2时，设置
k
21
＝
‑
2k
r
，
k
22
＝
2k
r
，得到个体探测信号
s2(t)
为：
[0019][0020]2b3)
在
a
＝3时，设置
k
31
＝
k
r
，
k
32
＝
k
r
，得到个体探测信号
s3(t)
：
[0021][0022]2b4)
在
a
＝4时，设置
k
41
＝
‑
k
r
，
k
42
＝
‑
k
r
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
一种基于均匀线阵频分的
MIMO
‑
SAR
信号成像方法，其特征在于，包括如下：
1)
设置平台
、T/R
收发系统和干扰目标，构成几何场景，其中
T/R
收发系统包括发射机和接收机；
2)
设计
MIMO
‑
SAR
雷达的四种频率错开且正交的探测信号
s1(t),s2(t),s3(t),s4(t)
，并通过
1)
中所述的发射机发射：
2a)
根据基本线性调频信号设计雷达探测信号
s
a
(t)
：其中，
rect[
·
]
为生成矩阵，
T
p
为线性调频持续时间，
T1表示前半段信号的持续时间，
T2表示后半段信号的起始频率表示前半段信号的起始频率，
k
a1
表示前半段信号的调频斜率，表示后半段信号的起始频率，
k
a2
表示后半段信号的调频斜率，
a
为发射信号的编号；
2b)
设置不同的频率和调频斜率
k
a1
、k
a2
，并将其分别代入探测信号
s
a
(t)
，分别构成四种频率错开且两两正交的个体探测信号
s1(t),s2(t),s3(t),s4(t)
：
2b1)
在
a
＝1时，设置
k
11
＝
2k
r
，
k
12
＝
‑
2k
r
，得到个体探测信号
s1(t)
：
2b2)
在
a
＝2时，设置
k
21
＝
‑
2k
r
，
k
22
＝
2k
r
，得到个体探测信号
s2(t)
为：
2b3)
在
a
＝3时，设置
k
31
＝
k
r
，
k
32
＝
k
r
，得到个体探测信号
s3(t)
：
2b4)
在
a
＝4时，设置
k
41
＝
‑
k
r
，
k
42
＝
‑
k
r
，得到个体探测信号
s4(t)
：其中，
B
为线性调频带宽，
k
r
为线性调频斜率；
2c)
将上述四种个体探测信号两两正交，即
s1(t)
与
s2(t)
正交，
s1(t)
与
s3(t)
正交，
s1(t)
与
s4(t)
正交，
s2(t)
与
s3(t)
正交，
s2(t)
与
s4(t)
正交，
s3(t)
与
s4(t)
正交；
2d)
将四种频率错开且正交的探测信号
s1(t)、s2(t)、s3(t)、s4(t)
通过发射机发射到干扰目标位置；
3)
发射机发射的探测信号反射到接收机阵元处形成反射信号，分别根据各个发射阵元间探测信号与接收阵元间反射信号的时延相位差，计算得到发射导向矢量
G
T
和接收导向矢
量
G
R
，并由
G
T
和
G
R
计算得到接收阵列回波信号
X
n
(t)
；
4)
对回波信号
X
n
(t)
中的频分复用信号进行匹配滤波和数字波束形成处理，得到俯仰角和方位角上的波束成型后的信号
5)
根据波束成型后的信号进行
RD
成像处理，得到成像后目标的准确位置
。2.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
1)
构成几何场景中平台
、T/R
收发系统和干扰目标，其结构及位置关系如下：所述
T/R
收发系统，其发射机的发射阵列为1×
M
矩阵，且第一个发射阵元为参考阵元
A
，坐标为
(0,y
p
(
η
),H
p
)
，参考阵元之后发射阵元的间距为
d
t
，所有发射阵元的坐标
d
T
为
(0,y
p
(
η
)+md
t
,H
p
)
，且以速度
V
p
沿坐标轴
y
轴正方向平行移动；其接收机的接收阵列为1×
N
矩阵，且第一个接收阵元也为参考阵元
A
，坐标为
(0,y
p
(
η
),H
p
)
，参考阵元之后接收阵元的间距为
d
r
，所有参考阵元的坐标为
d
R
(0,y
p
(
η
)+nd
r
,H
p
)
，其中，
m
＝
0,1,
···
,M
‑1，
n
＝
0,1,
···
,N
‑1，
η
为慢时间参数，该
T/R
收发系统位于高度为
H
p
的平台上；所述干扰目标，位于离平台斜距为
R
m
(
η
)
的水平地面上，其相对于平台的方位角和俯仰角分别为
θ
和
3.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
3)
中计算发射导向矢量
G
T
，实现如下：
3a)
根据参考阵元
A
的坐标
(0,y
p
(
η
),H
p
)
，得到指向目标
P
的矢量并根据该矢量得到单位矢量
u
T
，计算发射阵元
d
T
与参考阵元
A
的发射波程差
Δ
R
T
：其中，
<
·
,
·
>
表示内积；
3b)
由发射波程差
Δ
R
T
计算得到发射时延相位差
φ
T
(m)
：其中，
Δ
R
T
为发射波程差，
f
c
为发射频点，
c
为光速，
λ
为载波波长；
3c)
由发射时延相位差
φ
T
(m)
计算得到1×
M
发射阵列的发射导向矢量
G
T
：
G
T
＝
[exp(j
φ
T
(0)),exp(j
φ
T
(1)),
…
,exp(j
φ
T
(m)),
…
,exp(j
φ
T
(M
‑
1))]
其中，
exp(j
φ
T
(m))
为第
m+1
个发射导向矢量
。4.
根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤
3)
中计算接收导向矢量
G
R
，实现如下：
3d)
根据参考阵元
A
的坐标
(0,y
p
(
η
),H
p<...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘高高，黄梓渝，李鹏，王友明，潘浩然，王钊，鲍丹，蔡晶晶，秦国栋，武斌，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：