【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及雷达探测以及信号处理，具体涉及一种稀疏合成孔径微波关联探测系统及方法。
技术介绍
1、关联探测与关联成像是光学领域研究前沿的新兴热点问题之一，能够实现非定域性探测与成像，一经提出就引起了广泛的讨论和研究。微波关联雷达是借鉴光学强度关联技术而提出的一种雷达新体制和雷达测量技术方法。基于波前随机调制、波束内超分辨的创新思路，通过发射信号的随机调制，使信号幅度、频率、相位、极化等随机起伏和涨落，并在感兴趣的探测区形成具有时间-空间不相关特性的雷达信号覆盖，雷达工作时，记录下各个时刻发射信号的状态，并根据目标距离、方位、多普勒等信息事先生成“探测底版”；待接收到目标回波信号以后，用“探测底版”和目标回波进行关联处理(一种高阶的相关处理)，得到一幅“单帧关联信息图”；最后通过对若干组“单帧关联信息图”平滑处理实现对目标的探测、成像甚至识别，其基本工作原理如图1所示。
2、目前，国内外均深入开展关联探测技术研究，考虑到光学关联技术中的量子级的纠缠光子基础，微波雷达在目前的实际条件下难以实现量子级的关联成像，主要是因为微波波段电磁波波长更长，波动性更强，离子性相对较弱。但是，根据经典热光关联成像的原理，微波雷达仍然可以探索一条实现关联雷达探测与成像的可行途径。根据现有技术公开的结论证实微波关联成像确实是物理可行的。探索不依赖、且不受限于目标相对运动的微波关联雷达探测与成像技术，与经典微波雷达探测与成像形成互补，将为现有雷达测量与成像技术中对静止/准静止目标以及非合作目标探测、成像、识别等瓶颈问题提供崭新的视角和解决思
3、现有的微波关联雷达探测技术的研究工作主要集中在实孔径微波凝视关联探测技术、涡旋光以及涡旋微波雷达探测技术上。这些技术尽管突破了传统孔径限制的角分辨率，但本质上仍然受限于实孔径技术，分辨能力仍然存在随探测距离增大而变差的问题，要想在远距离探测中实现高分辨能力，则必须使用尺寸巨大的天线或天线阵列。显然，这些技术体制均未能充分利用空间或角度分集带来的自由度。目前急需进一步开展突破实孔径技术限制的、能够充分利用空间及角度分集自由度的微波关联雷达探测新概念、新体制和新方法，深入开展相关原理和探测机理研究，形成新的微波关联雷达探测新体制、新技术和发展新方向。
4、传统雷达探测与成像技术的存在的技术难题包括两种情况：一是实孔径雷达技术“分辨率受限于天线孔径的尺寸”；二是合成孔径雷达技术“依赖于目标运动而又受限于目标运动”的成像性能。实际上这些约束源于它们的成像方式，即取决于方位向分辨率如何获得。实质上，它们的方位分辨能力取决于多普勒频率分辨能力。由于多普勒频率分辨率与一定角度的数据支撑域密切相关，因此需要实孔径的大规模、大尺寸天线阵列或合成孔径中的长积累时间来实现较大方位角空间采样。同时，由于多普勒频率精确处理需要均匀采样的要求，因此需要对目标频多普勒谱进行均匀的空间采样，也就是要求匀速或均匀运动。
5、而微波关联雷达探测技术与传统微波雷达探测技术相比，有着显著的区别：
6、(1)传统雷达探测技术大多基于距离-多普勒原理，目标或各个散射点的分辨是通过对距离时延和多普勒频率的分析实现的。雷达关联探测方法是发射空间-时间不相关的信号，实现对相位波前的空间调制目的。在探测区域内，所形成的雷达信号具有显著的空间-时间起伏特性。理想条件下，可以实现在时间-空间分布上的不相关，即波束内任意不同两点的雷达信号在任意时刻都不相关。因此，波束内各个散射点将被具有不同波形的雷达信号探测。此时，波束内各散射点回波将不仅仅在距离时延和多普勒频率上表现出差异，而且在空间上也攻不相同，表现出它们各自的波形时时刻刻(时间维度)、方方面面(空间维度)都明显不同。这种波形差异可以为分辨各个散射点提供有力的依据。雷达关联探测方法关键在于构建时间-空间不相关的探测信号，从而通过分辨接收信号中各分量的不相关波形，来实现目标散射信息解耦，从而重构目标图像。探测信号的空间不相关特征越显著，成像的分辨率越高，通过时间累积效应实现高质量、高信噪比的成像探测结果。由于雷达关联探测方法不需要利用多普勒频率进行方位向分辨，从而将大大降低探测对相对运动的依赖。
7、(2)传统雷达探测需要尽量避免信号的混叠现象，但微波关联探测则容忍这种混叠。雷达关联探测成像的本质上是瞬时空间相关结果在时间维度上的能量相干累积，对于时间采样信号的采样率没有强烈的限制，无需遵循奈奎斯特采样定理。而且，雷达关联探测往往还需要多路信号进行叠加而发生“混叠”。雷达关联成像的波形要求空间-时间不相关性，具备这一特征的发射信号在探测区域叠加之后能够产生具有不相关起伏的波阵面，从而使波束内各个散射点具有不相关的回波波形。混叠可以增强信号波前的空间不相关的特征，有利于雷达关联探测。
8、(3)传统雷达探测进行目标回波的相参积累，在处理之前，各视角获得的雷达回波需要进行分离，在此基础上根据距离-多普勒原理对多视角下的目标回波进行距离向和方位向的脉冲压缩，从而获得目标图像。然而，雷达关联成像的处理过程通过各散射点回波的波形不相关性进行分辨，操作过程表现为相关处理，专业术语称之为“关联”。二者在信号处理方式和探测原理上都有明显差异。
9、通过借鉴经典热光关联探测与成像的原理，研究微波雷达关联探测与成像技术，可以发展出不依赖于多普勒信息的微波关联雷达探测与成像方法，它具有发射波形的低截获概率特性，抗干扰能力强，且分辨率不依赖于天线孔径和目标相对运动，探测与成像时间短，响应快速等突出的“实战”特点，能够获得静止\准静止、匀速运动以及非合作机动目标的清晰图像，具有诸多传统雷达测量系统难以企及的优势。
10、基于时间-空间两维随机辐射场的微波关联成像颠覆了传统实孔径成像通过发射相干信号形成相干辐射场的方法，通过构造时空两维随机辐射场，避免了相干窄波束的合成，从而能够实现对大幅宽场景的凝视成像，另外，根据所构造的时空两维随机辐射场与接收的散射回波做信息处理获得凝视区域内的高分辨反演图像。
11、时间-空间两维随机辐射场保证了可以对目标信息获得多次的不同的观测，通过信息处理将这些不同的观测信息做融合处理，从而获得目标的高分辨图像。
12、传统的雷达成像大多是基于信号流程而得的成像模型，回波建模为成像区域内不同位置处散射点的收发历程的积分。收发天线位置、发射信号带宽等因素决定了所形成的空间谱域的范围大小和填充情况，研究表明，空间谱域的范围受限于发射信号带宽和收发天线阵元形成的阵列构型的尺寸大小。且传统的雷达成像目标图像反演是利用回波信号与发射信号做匹配滤波而得，由此得到的目标空间分辨率由空间谱域范围所决定，因此空间分辨率受限于天线阵列尺寸或谱的带宽。
13、基于信号流程的模型忽略了对雷达与目标相互作用的电磁过程的分析。事实上，雷达成像是一个逆散射问题，接收回波中蕴含了电磁波与目标相互作用的信息，而对这些目标散射信息的提取正是逆散射问题关注的重点。虽然雷达成像与逆散射有很大的联系，但长久以来，将逆散射与雷达成像结合起来的思本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种稀疏合成孔径微波关联探测系统，其特征在于，包括运动平台，以及设置在运动平台上的雷达传感器，所述雷达传感器随着运动平台运动，雷达天线在非等间隔的空间位置处发射和接收目标的散射回波信号，雷达天线顺序地从一个空间位置移动到下一个空间位置，从而形成一个随机稀疏孔径；在不同的空间位置采样时，雷达辐射的信号的载波频率采用随机频率编码。
2.如权利要求1所述的一种稀疏合成孔径微波关联探测系统，其特征在于，一种稀疏合成孔径微波关联探测系统，其特征在于，所述雷达传感器包括收发共用天线、功率放大器、低噪声放大器、收发隔离器、收发开关、信号采样与存储器、频率编码控制器、信号波形发生器、射频载波发生器、信号处理器、混频器、信号接收与采样存储器。
3.如权利要求1所述的一种稀疏合成孔径微波关联探测系统，其特征在于，所述雷达在天线所处的不同空间位置处发射的脉冲信号为：
4.如权利要求2所述的一种稀疏合成孔径微波关联探测系统及方法，其特征在于，每个发射脉冲为：
5.如权利要求3所述的一种稀疏合成孔径微波关联探测系统，其特征在于，所述天线接收的目标回波信号
6.一种稀疏合成孔径微波关联成像方法，基于稀疏合成孔径微波关联探测系统实现，其特征在于，包括以下步骤：
...【技术特征摘要】
1.一种稀疏合成孔径微波关联探测系统，其特征在于，包括运动平台，以及设置在运动平台上的雷达传感器，所述雷达传感器随着运动平台运动，雷达天线在非等间隔的空间位置处发射和接收目标的散射回波信号，雷达天线顺序地从一个空间位置移动到下一个空间位置，从而形成一个随机稀疏孔径；在不同的空间位置采样时，雷达辐射的信号的载波频率采用随机频率编码。
2.如权利要求1所述的一种稀疏合成孔径微波关联探测系统，其特征在于，一种稀疏合成孔径微波关联探测系统，其特征在于，所述雷达传感器包括收发共用天线、功率放大器、低噪声放大器、收发隔离器、收发开关、信号采样与存储器、...
【专利技术属性】
技术研发人员：尹灿斌，冉达，祝新力，罗迪，黎吉顺，贺俊，
申请(专利权)人：中国人民解放军战略支援部队航天工程大学，
类型：发明
国别省市：
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