[发明专利]基于线性调频信号的超表面天线三维成像方法

说明书

本发明公开了一种基于杂波的多输入多输出雷达阵列误差校正方法，主要解决现有技术在超表面成像系统波形控制差、成像处理过程计算量大和分辨率低的问题。其实现方案是：1)根据超表面成像系统获取三维线性调频回波信号；2)对回波信号进行迭代求解作距离估计，得到目标信号的功率；3)设置功率检测门限，对目标信号功率进行检测，重构频域回波信号；4)根据重构的频域回波信号，结合超表面频率敏感方向图矩阵，完成方位、俯仰向二维成像。本发明提高了波形控制能力，减小了计算复杂度，提高了目标分辨能力，可用于超表面孔径雷达的成像重构。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步一种超表面天线三维成像方法，可用于超表面孔径雷达的成像重构。

背景技术

近年来，超表面孔径雷达成像受到研究学者以及工程人员越来越多的关注。不同于传统超表面孔径成像雷达基于矢量网络分析仪，采用步进频信号，基于线性调频信号的超表面成像系统采用线性调频的发射机和自混频的接收机，可显著增强对波形的控制能力。随着对超表面天线三维成像方法研究的深入，很多成像方法被提出来，但是一些超表面三维成像方法存在一定的问题，如：大多数压缩感知算法同时对距离、方位和俯仰进行处理，字典维度高，计算量大。

Yurduseven,O.和Gollub,J.N.在其发表的论文Software Calibration of aFrequency-Diverse,Multistatic,Computational Imaging System(IEEE Access,2016,4,pp.2488–2497)中使用矢量网络分析仪与天线进行相连，进行逐频点的激励和回波数据的采集，但是该方法不适用于连续扫频的应用，对波形控制力比较低。

Zhenhua Wu和Lei Zhang,在其发表的论文Range Decoupling Algorithm forAccelerating MetamaterialApertures-Based Computational Imaging[J](IEEESensors Journal,2018,18(9):3619-3631)中提出了一种距离解耦合并行处理算法，由于同时对距离、方位和俯仰进行处理，所以计算复杂度较高。且该算法是对场景空间进行并行分块处理，如果不同目标在距离上比较接近，则每一个距离段的点数很少，对应的频点数也很少，由于超材料天线的横向自由度是根据频点个数决定的，因而会减少横向可分辨目标的个数，降低目标分辨率。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术存在的缺陷，提出一种基于线性调频信号的超表面天线三维成像方法，以增强波形控制能力，减小计算复杂度，提高目标分辨能力。

为实现上述目的，本发明的技术方案包括如下步骤：

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，喇叭天线接收该线性调频信号信号x_r并与混频器进行混频，得到目标回波信号y_r：

其中，F²为目标回波信号的幅度，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：