[发明专利]一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统

说明书

本发明提出一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统，属于信号处理和雷达成像领域。该方法首先搭建基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统；根据待成像目标的运动速度，对系统中的色散模块进行色散量调整；然后发射机生成发射信号和参考信号，参考信号通过单边带调制模块进入系统进行调制，回波信号经过射频前端模块进行放大和滤波处理后进入系统进行调制，最终由数字信号处理器生成目标的距离像。本发明依据目标速度的大小，通过改变色散量来重构分数阶傅里叶变换的阶次，实现高速目标的成像，将本发明应用到空中防御，卫星探测等领域，可以有效实现目标的探测与精细识别。

技术领域

本发明涉及信号处理和雷达成像领域，特别涉及一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统。

背景技术

成像雷达是探测识别目标的有效手段，在军事民用领域都发挥了重要作用。为了获得高分辨的成像结果，需要雷达工作在高频大带宽条件。近些年微波光子技术得到迅猛发展，许多基于微波光子的高分辨成像雷达得以提出。这些微波光子雷达的工作带宽均为数GHz，其采用的宽带接收方式大都为光子去斜接收处理、光子变频或者光子模数转换采样。对静止或者低速目标成像时，其能够获得较佳的成像结果，距离分辨力可高达厘米量级。但是对于高速目标，其存在严重的多普勒色散效应，且带宽越大，多普勒色散效应越明显。该效应会引起回波信号频谱特性的变化，使得成像分辨力恶化。尽管现在有人提出一些速度补偿算法来消除多普勒色散效应的影响，但都需要先把回波信号采集下来，然后再进行复杂的运算。宽带信号的采样本身存在很大的挑战，此外这些算法运算量较大，对数字信号处理的芯片要求比较高。

发明内容

本发明的目的是为克服已有技术的不足之处，提出一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法与系统。本发明依据目标速度的大小，通过改变色散量来重构目标阶次，实现高速目标的成像，将本发明应用到空中防御，卫星探测等领域，可以有效实现目标的探测与精细识别。

本发明提出一种基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

1)搭建基于可重构光学分数阶傅里叶变换的成像系统；

该系统包括：雷达发射机，激光器，单边带调制模块，色散模块，光电转换模块，光电探测器，模数转换器，数字信号处理器，射频前端模块以及天线；其中，天线包括发射天线和接收天线；所述雷达发射机包含一个发射信号射频输出口和一个参考信号射频输出口；雷达发射机的发射信号射频输出口连接发射天线的射频输入口，接收天线的输出口连接射频前端模块的输入口，射频前端模块的输出口连接光电转换模块的射频输入口；雷达发射机的参考信号射频输出口连接单边带调制模块的射频输入口，单边带调制模块的光输入口连接激光器的输出口，单边带调制模块的输出口连接色散模块的输入口，色散模块的输出口连接光电转换模块的光输入口，光电转换模块的光输出口连接光电探测器的输入口，光电探测器的光输出口连接模数转换器的输入口，模数转换器的输出口连接数字信号处理器的输入口；

2)根据待成像目标的运动速度，对步骤1)搭建的系统中的色散模块进行色散量调整；具体步骤如下：

2-1)获取待成像目标的运动速度；

2-2)利用步骤2-1)的结果，调整色散模块的二阶色散量：

如果单边带调制模块实现的是下边带调制，则使得色散模块的二阶色散量满足下式：

如果单边带调制模块实现的是上边带调制，则使得色散模块的二阶色散量满足下式：

其中，c是光速，v是目标的速度，k是发射信号的线性调频波的啁啾率，λ是光载波的波长；

3)发射机生成发射信号和参考信号，该两个信号均为线性调频信号，且两个信号的中心频率和啁啾率一致；其中，发射信号发送给发射天线，参考信号发送给单边带调制模块；