[发明专利]基于线性调频信号的超表面天线三维成像方法

权利要求书

1.一种基于成像系统的超表面天线三维成像方法，所述成像系统包括超表面天线、喇叭天线和混频器，其特征在于，成像步骤包括如下：

(1)超表面天线发射线性调频信号x_t对目标进行探测，喇叭天线接收线性调频信号x_r并与混频器进行混频，得到目标回波信号y_r：

其中，F²为回波信号的幅度，f_c为回波信号的中心频率，μ＝B/T是调频率，B是有效带宽，T是有效时宽，τ为回波延时，τ＝2R/c，R是目标与雷达间的距离，c是光速，为发射信号x_t的共轭信号；

(2)对目标回波信号进行距离估计和检测，得到频域回波信号：

(2a)根据(1)中目标回波信号的相位部分exp(-j4πμtτ)得到频率导向矩阵A_M×N：

其中，表示矩阵中第m行第k列元素，m＝1,2,...,M，M表示信号的长度，k＝1,2,...,N，N表示搜索频点的个数，t表示时间，j表示虚数，τ_k表示第k个目标的时延；

(2b)对目标回波信号y_r进行M点均匀采样，得到长度为M的采样序列y_M：

y_M＝[y₁,y₂,...y_m,...,y_M]^T

其中，y_m表示第m个采样值，T表示转置；

(2c)根据频率导向矩阵A_M×N，计算频率导向矩阵的协方差矩阵：其中，为频率导向矩阵的共轭转置，为目标信号初始功率；

(2d)计算在τ_k处的信号

其中，k表示搜索频点的个数，为协方差矩阵的逆矩阵，a_M(τ_k)为频率导向矩阵的第k列，为频率导向矩阵第k列的共轭转置；

(2e)根据(2c)中所求信号求解在τ_k处的功率：

(2f)重复(2c)到(2e)，得到目标信号功率以及目标信号

其中，表示τ_k处目标的功率，表示τ_k处的目标信号；

(2g)设置检测门限值为p_f，将τ_k处目标的功率与该检测门限值p_f进行比较：

如果则认为在τ_k处存在目标，

反之，则在τ_k处不存在目标；

(2h)根据(2g)的检测结果，在距离窗内，根据存在目标的τ_k重构频域回波信号s：

其中，s_k是在τ_k处重构的信号，s_k＝F²exp(-j2π(f_cτ_k+2μtτ_k-μτ_k²)，L表示在距离窗内，存在的目标个数；

(3)根据(2)中重构的频域回波信号s，结合超表面天线频率敏感方向图，完成方位、俯仰的二维成像。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，(1)超表面天线发射的线性调频信号x_t和喇叭天线接收的线性调频信号x_r，分别表示如下：

x_t＝Fexp[j2π(f_ct+μt²)]

x_r＝Fexp[j2π(f_c(t-τ)+μ(t-τ)²)]

其中，F为线性调频信号的幅度，f_c为信号的中心频率，μ＝B/T是调频率，B是有效带宽，T是有效时宽，τ为回波延时，τ＝2R/c，R是目标与雷达间的距离，c是光速，j是虚数。