[发明专利]基于数字编码超材料和压缩感知的实孔径雷达成像方法

说明书

本发明公开了一种基于数字编码超材料和压缩感知的实孔径雷达成像方法，属于雷达信号处理技术领域；具体地，本发明首先设置一个点源，在点源上方设置一个数字编码超材料表面，此平面是可以重复进行相位编码的。对此平面进行相位编码，从而点源发射信号通过此数字编码超材料之后会形成一个时空二维随机场对目标进行探测，从而得到目标信息。同时对相位编码进行优化，从而使辐射场达到要求，实现对目标的高分辨。本发明利用数字编码超材料来模拟数字阵列的时空二维随机辐射场，并在目标散射场与随机辐射场的关联处理中引入压缩感知理论，可对目标场景进行精确成像。

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，尤其涉及一种基于数字编码超材料和压缩感知的实孔径雷达成像方法。

背景技术

作为最重要的三种遥感成像(雷达成像、红外遥感和可见光成像)技术之一的雷达成像，不仅在军用领域可以进行战场侦察、防空反导等，近些年来在民用领域的安检、汽车雷达、地形测绘等方面也有着广泛的应用。传统的雷达成像大多是基于距离多普勒成像原理的合成孔径雷达(SAR)和逆合成孔径雷达(ISAR)体制，在一些特定场景中如精确制导、无人驾驶等并不适用，因此提出了实孔径前视成像需求。在雷达与目标之间不存在横向的相对运动的场景下，需要使用多通道的阵列雷达来实现横向分辨能力，如具有电扫描功能的相控阵雷达、具备空域合成能力的数字阵雷达等等，其横向分辨率性能取决于阵列孔径大小，亦即通道数量的多少，因此在硬件成本上受到较大制约。对此，提出了一系列稀疏布阵方案，但仍然无法从根本上解决问题。

为了解决合成孔径雷达在前视成像中的受限问题，微波凝视关联成像应运而生。微波凝视关联成像是现有前视成像方法中相当重要的一种，它首先利用多输入多输出(MIMO，multiple input multiple output)的数字阵列实现时空二维随机辐射场，再通过目标散射场与阵列辐射场之间的关联处理，来反演目标成像。超材料是近年来新兴的一种模拟阵列天线技术，利用单个发射/接收通道即可模拟相控阵或数字阵的波束形成效果，是一种高性能低成本的阵列天线形式。将超材料用于微波关联成像中，基于其色散特性，可形成空-频二维随机辐射场，通过关联处理得到的横向分辨性能与数字阵相当，且具有较高时效性。然而，超材料成像的性能受限于其频率发射带宽，并且存在一个根本问题，即基于频率依赖的横向分辨与距离分辨之间存在耦合问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明的目的是提出一种基于数字编码超材料和压缩感知的实孔径雷达成像方法。本发明利用数字编码超材料来模拟数字阵列的时空二维随机辐射场，并在目标散射场与随机辐射场的关联处理中引入压缩感知理论，可对目标场景进行精确成像。

本发明的技术原理：首先设置一个点源，在点源上方设置一个数字编码超材料表面，此平面是可以重复进行相位编码的。对此平面进行相位编码，从而点源发射信号通过此数字编码超材料之后会形成一个时空二维随机场对目标进行探测，从而得到目标信息。但是进行随机编码并不一定能得到符合要求的辐射场。因此还要对相位编码进行优化，从而使辐射场达到要求，才能实现对目标的高分辨。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以解决。

基于数字编码超材料和压缩感知的实孔径雷达成像方法，包括以下步骤：

步骤1，构建数字编码超材料平面，该平面上具有N*N个相位编码单元；设置一个发射点源，其位于数字编码超材料平面中心线上，与该平面距离为d；

其中，所述发射点源发射脉冲信号或者线性调频信号；

步骤2，发射点源发射入射波束，通过数字编码超材料平面进行时长为T的相位编码，即通过N*N*T的相位编码矩阵进行反射调制后形成二维随机辐射场；

步骤3，远场成像平面对二维随机辐射场反射的回波进行K*K的成像网格划分和目标的测量成像；