基于循環(huán)前綴的mimo-ofdm雷達(dá)成像方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于雷達(dá)技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種多輸入多輸出正交頻分復(fù)用MIM0-0FDM 合成孔徑雷達(dá)SAR的成像方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，多輸入多輸出MMO雷達(dá)己經(jīng)被廣泛研究，成為現(xiàn)代雷 達(dá)體系的一個(gè)重要研究方向。分集MIMO雷達(dá)具有空間多樣性，能夠有效地提高空間分辨 率。但是，為了保證分集MMO雷達(dá)的空間多樣性，多個(gè)發(fā)射天線所發(fā)射的信號(hào)波形必須相 互正交，這對(duì)于具有高距離和方位分辨率的合成孔徑雷達(dá)來(lái)說(shuō)通常是很難設(shè)計(jì)的。因此，如 何進(jìn)行MMOSAR系統(tǒng)的波形設(shè)計(jì)是當(dāng)前研究的一個(gè)重點(diǎn)問(wèn)題。
[0003] 現(xiàn)有的MMOSAR系統(tǒng)波形設(shè)計(jì)為了保證空間多樣性，多個(gè)波形間采用互不重疊的 頻帶，這種方法由于降低了距離分辨率，會(huì)引起距離模糊。如果要保證距離分辨率不降低， 則多個(gè)波形間就需要采用相同的頻帶，但是這樣不同波形的時(shí)域延遲形式就不是相互正交 的，對(duì)于MIMOSAR系統(tǒng)就不能獲得全空間多樣性。
[0004] 正交頻分復(fù)用OFDM波形近年來(lái)被應(yīng)用在SAR系統(tǒng)中。為了獲得適用于MMOSAR 成像的一組正交OFDM波形，研究者們提出了頻率域的交互框架結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)將有效帶寬劃 分為一些互不重疊的子帶。但是，這些SAR成像方法均采用傳統(tǒng)的匹配濾波器，會(huì)產(chǎn)生距離 單元間干擾IRCI，影響成像的性能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于針對(duì)上述已有技術(shù)的不足，提出了 一種基于循環(huán)前綴的 MMO-OFDM雷達(dá)成像方法，以避免距離單元間干擾IRCI的產(chǎn)生，提高成像性能。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案包括如下步驟：
[0007] (1)根據(jù)MMO雷達(dá)需要發(fā)射正交波形的要求，設(shè)計(jì)基于循環(huán)移位ZadofT-Chu序列 作為MMO-OFDM雷達(dá)各天線發(fā)射的離散時(shí)域波形Sm(n)，m= 1，…，MT，n= 0,…，N-I，其中 Mt為發(fā)射天線個(gè)數(shù)，N為子頻帶個(gè)數(shù)；
[0008] (2)在各發(fā)射天線的離散時(shí)域波形S111(Ii)的開頭插入一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的循環(huán)前綴，得 到插入循環(huán)前綴后的信號(hào)：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于循環(huán)前綴的MIMO-OFDM雷達(dá)成像方法，包括如下步驟： (1) 根據(jù)MMO雷達(dá)需要發(fā)射正交波形的要求，設(shè)計(jì)基于循環(huán)移位ZadofT-ChU序列作為 MIM0-0FDM雷達(dá)各天線發(fā)射的離散時(shí)域波形Sm(n)，m = 1，…，Μτ，η = 0,…，N-I，其中吣為 發(fā)射天線個(gè)數(shù)，N為子頻帶個(gè)數(shù)； (2) 在各發(fā)射天線的離散時(shí)域波形Sm (η)的開頭插入一個(gè)長(zhǎng)度為L(zhǎng)的循環(huán)前綴，得到插 入循環(huán)前綴后的信號(hào)：
(3) 對(duì)插入循環(huán)前綴后的信號(hào)Um(η)進(jìn)行數(shù)/模變換，得到連續(xù)時(shí)間信號(hào)um(t)，并在該 Um(t)中加入雷達(dá)載頻f。，產(chǎn)生各發(fā)射天線的發(fā)射信號(hào)； (4) 接收陣列天線通過(guò)多個(gè)空間濾波器將全測(cè)繪帶劃分成Q個(gè)子測(cè)繪帶，并得到各子 測(cè)繪帶的基帶離散回波信號(hào)為rp(n)，0彡η < N+Lp+L-1，1彡p彡Q，其中Lp為第p個(gè)子測(cè) 繪帶的距離單元數(shù)； (5) 對(duì)各子測(cè)繪帶的基帶離散回波信號(hào)rp(η)進(jìn)行無(wú)距離單元間干擾的距離重建， 得到每個(gè)天線全測(cè)繪帶的雷達(dá)散射截面積RCS系數(shù)為屯(11) = [111，111(11)，"％\111(11)，··· ，h Q，m(n)]，m = 1，…，Μτ，0彡η < Lp,該RCS系數(shù)即為雷達(dá)的距離像。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟（1)所述的設(shè)計(jì)基于循環(huán)移位ZadofT-Chu序 列作為MIM0-0FDM雷達(dá)各天線發(fā)射的離散時(shí)域波形S m(η)，按如下步驟進(jìn)行： la) 采用Zadoff-Chu序列產(chǎn)生第一個(gè)天線的頻域波形：
其中，μ是一個(gè)小于N并與N互質(zhì)的整數(shù)，<N>2表示N除以2的余數(shù)，j表示虛數(shù)單位； lb) 對(duì)S1 (k)進(jìn)行N點(diǎn)逆離散傅立葉變換IDFT，得到S1 (k)的離散時(shí)域波形為：
其中（· Γ表示取復(fù)共軛，S i (0)表示0時(shí)刻的時(shí)域波形，η = 0,…，N-I ; lc) 設(shè)計(jì)第二個(gè)天線的頻域波形為：
其中 β = exp (-j π μ Ν/4)，S1 (<k-N/2>N) = β S1 (k) exp (j π k)是位移量為 Ν/2 的 S1GO的循環(huán)移位表示式； ld) 對(duì)S2 (k)進(jìn)行N點(diǎn)IDFT，得到S2 (k)的離散時(shí)域波形為： S2 (η) = β iS1 (n) exp (j ji η), η = 0, ···, N-I ； le) 利用步驟lc)和Id)中所采用的設(shè)計(jì)方法，得到Sm(k)的離散時(shí)域波形為： Sm (η) = β iSnrl (n) exp (j π η), m = 2, 3,…，Μτ, η = 0,…，N-I。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟（4)所述的接收陣列天線通過(guò)多個(gè)空間濾波 器將全測(cè)繪帶劃分成Q個(gè)子測(cè)繪帶，并得到各子測(cè)繪帶的基帶離散回波信號(hào)r p (η)，按如下 步驟進(jìn)行： 4a)接收陣列天線通過(guò)多個(gè)空間濾波器將全測(cè)繪帶劃分為Q個(gè)子測(cè)繪帶，所有子測(cè)繪 帶的最大距離單元L。滿足LΝ/Μτ，其中L。= max(L D…，Lp,…，Lq)，max( ·)表示求最大 值，Lp為第p個(gè)子測(cè)繪帶的距離單元數(shù)，并且每個(gè)發(fā)射OFDM波形的循環(huán)前綴長(zhǎng)度L = L。； 4b)采用模/數(shù)變換對(duì)回波信號(hào)采樣，得到第p個(gè)子測(cè)繪帶的基帶離散接收信號(hào)為：
其中hp;m(l) = gp(l)hm(l)，
表示第P個(gè)空間濾波響應(yīng)， rect( ·)表示矩形窗函數(shù)，hm(l)表示第m個(gè)發(fā)射波形對(duì)應(yīng)的第1個(gè)距離單元的雷達(dá)散射 截面積RCS系數(shù)，v(n)表示第η個(gè)采樣點(diǎn)的噪聲。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其中步驟（4)所述的對(duì)各子測(cè)繪帶的基帶離散回波 信號(hào)rp (η)，進(jìn)行無(wú)距離單元間干擾的距離重建，得到每個(gè)天線全測(cè)繪帶的雷達(dá)散射截面積 RCS系數(shù)hm (η)，按如下步驟進(jìn)行： 5a)從4(11)中的第L個(gè)采樣點(diǎn)開始采樣N點(diǎn)，得到移除4(11)中的循環(huán)前綴部分后的 時(shí)域信號(hào)：
5b)對(duì)Zd (η)作N點(diǎn)離散傅里葉變換DFT，得到該時(shí)域信號(hào)對(duì)應(yīng)的頻域信號(hào)：
5c)采用各天線發(fā)射的頻域波形Sm(k)，m = 1，…，M1^ZpGO進(jìn)行離散頻率域匹配濾 波，得到進(jìn)行匹配濾波后的結(jié)果為：
5d)對(duì)Yp，m (k)兩邊采用N點(diǎn)離散逆傅立葉變換IDFT，得到原始子測(cè)繪帶RCS系數(shù)為：
5e)將各原始子測(cè)繪帶RCS系數(shù)tvm(n)組合為一個(gè)向量，得到每個(gè)天線全測(cè)繪帶的雷 達(dá)散射截面積RCS系數(shù)為： hm (n) = Qilim (η)，...，hp，m (η)，...，hQ，m (n) ]，m = 1，...，MT，O 彡 η < Lp,該 RCS 系數(shù)即為 雷達(dá)的距離像。
【專利摘要】本發(fā)明提出一種基于循環(huán)前綴的MIMO-OFDM雷達(dá)成像方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)中存在距離單元間干擾的問(wèn)題。其實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：設(shè)計(jì)基于循環(huán)移位Zadoff-Chu序列作為MIMO-OFDM各天線發(fā)射的離散時(shí)域波形；在各離散時(shí)域波形的開頭插入循環(huán)前綴；對(duì)插入循環(huán)前綴的信號(hào)進(jìn)行數(shù)/模變換，并加入雷達(dá)載頻，產(chǎn)生各發(fā)射天線的發(fā)射信號(hào)；通過(guò)多個(gè)空間濾波器將全測(cè)繪帶劃分成多個(gè)子測(cè)繪帶，得到各子測(cè)繪帶的基帶離散回波信號(hào)，并對(duì)該信號(hào)進(jìn)行無(wú)距離單元間干擾的距離重建，實(shí)現(xiàn)成像。本發(fā)明能夠避免距離單元間干擾的影響，在保證高距離分辨率和空間分集性的前提下，更有效地重建距離像，可用于合成孔徑雷達(dá)的探測(cè)和成像過(guò)程。
【IPC分類】G01S13-90
【公開號(hào)】CN104678395
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510112667
【發(fā)明人】曹運(yùn)合, 王宇, 夏香根, 王勝華, 周生華, 謝榮
【申請(qǐng)人】西安電子科技大學(xué)
【公開日】2015年6月3日
【申請(qǐng)日】2015年3月15日