基于预调制AIC的毫米波雷达成像方法与流程

本发明涉及雷达成像技术领域，具体的，其展示一种基于预调制aic的毫米波雷达成像方法。

背景技术：

毫米波波是介于毫米波和红外光之间的电磁波(频率是0.1thz到10thz)，也是最后一个人类尚未完全认知和利用的频段。

毫米波波融合了微波毫米波和红外光的优点，特别适应于适中的波束宽度、宽的系统带宽和大的多普勒频移的特性，更适用于极大信号带宽和极窄天线波束的实现，更利于高分辨逆合成孔径雷达成像。

相对于普通微波波段的雷达，毫米波雷达以其高距离分辨率、超大信号带宽、强穿透力、低截获率、强抗干扰性、优越的反隐身和穿透等离子体能力而具有强大的技术优势来实现雷达探测和成像等系统的众多功能，但是由于其自身特点对系统要求和信号处理都带来了巨大的挑战。

且现阶段使用的毫米波雷达系统和成像方法对于大带宽的毫米波雷达信号的数据采样、存储以及传输并未涉及如何处理，并且所带来的毫米波雷达系统的复杂度和成本也是极高的。

因此，有必要提供一种基于预调制aic的毫米波雷达成像方法来解决上述问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于预调制aic的毫米波雷达成像方法，通过预调制aic降采样结构突破了传统nyquist采样的限制，可以用于实现宽带信号的低速采样，省去了传统的脉冲压缩时高速率的信号处理，解决了毫米波雷达中的超大数据的采集、存储和传输等问题，降低毫米波雷达系统的复杂度和成本；能够用来解决毫米波雷达逆合成孔径成像系统中的超大数据量的诸多难题，这对毫米波雷达逆合成孔径成像系统来说具有重大的研究意义。

技术方案如下：

一种基于预调制aic的毫米波雷达成像方法，包括如下步骤：

1)利用毫米波雷达向外发射信号，利用毫米波雷达接收目标散射点反射的回波信号，对回波信号进行相干解调得到基带线性调频回波信号x(t)，t表示离散时间变量；

2)采用预调制型模拟信息转换器，对基带线性调频回波信号x(t)进行降采样处理，得到降采样观测信号，具体步骤为：

2-1)将基带线性调频回波信号x(t)与设置的随机调制序列信号pc(t)相乘，得到随机解调的毫米波回波信号x'(t)；随机调制序列信号pc(t)按照下式获得：

2-2)对随机解调的毫米波回波信号x'(t)进行低通滤波处理，得出低通滤波后的毫米波雷达信号。

2-3)对低通滤波后的毫米波雷达信号过a/d采样，得到降采样观测信号。

3)对降采样观测信号进行稀疏重构得到目标散射点的距离像。

进一步的，步骤2-1)中，pc(t)有50％的概率为1，有50％的概率为-1，随机调制序列信号pc(t)在±1之间变化；随机调制序列信号pc(t)的变化速率w大于等于基带线性调频回波信号x(t)的nyquist采样速率，这样做的目的是为了将x(t)的频域信息扩展到整个频谱，使得它不会被接下来的处理破坏掉。

进一步的，步骤2)中，将a/d采样的速率表示为r，则基带线性调频回波信号x(t)进行降采样处理时的降采样速率k＝w/r；在降采样观测信号中，第m个观测值y(m)为：

其中，t＝m/r，h(t)表示低通滤波器的系统函数，表示进行积分运算。

进一步的，步骤2)中低通滤波的带宽b与a/d采样的速率r满足以下关系：b≤r/2。

进一步的，步骤3)具体步骤为：

3-1)将整个毫米波雷达的观测区间划分为n个距离单元，将毫米波雷达的观测区间内第n个距离单元的目标散射系数表示为αn，αn为待求值，n取1至n；用矢量α表示位于不同距离单元的散射中心：

α＝[α1α2…αn]^t

其中，上标t表示矩阵或向量的共轭转置；

根据毫米波雷达发射信号的包络建立稀疏基ψ：

其中，稀疏基ψ的第n列为ψn(t)，ψn(t)是大小为m×1的矢量，m为自然数；

将基带线性调频回波信号x(t)按照以下公式进行稀疏表示：

x(t)＝ψα+nr(t)

其中，nr(t)表示设定的接收机噪声；

3-2)根据降采样观测信号，对稀疏表示的基带线性调频回波信号进行重构，得出目标散射点的距离像。

进一步的，步骤3)中，根据降采样观测信号，采用稀疏贝叶斯算法对稀疏表示的基带线性调频回波信号进行重构。

与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

1)本发明预调制aic引入到毫米波雷达距离高分辨成像方法中，解决了现有技术中毫米波雷达的回波信号带宽过大导致的超大数据量的问题，克服了超大数据采集、存储和传输较难的缺点，使得本发明明显减小了大带宽信号对雷达成像带来的不利影响；

2)采用对基于预调制aic降采样的毫米波雷达回波进行稀疏重构的方法对雷达回波信号进行距离高分辨成像，克服了现有技术中处理对毫米波雷达回波距离高分辨成像较难的缺点，使得本发明的方法明显提高了成像分辨率。

附图说明

图1是本发明的实施例的流程示意图。

具体实施方式

实施例：

请参阅图1，本实施例展示基于预调制aic的毫米波雷达成像方法，包括如下步骤：

1)利用毫米波雷达向外发射信号，利用毫米波雷达接收目标散射点反射的回波信号，对回波信号进行相干解调得到基带线性调频回波信号x(t)，t表示离散时间变量。

2)采用预调制型模拟信息转换器，对基带线性调频回波信号x(t)进行降采样处理，得到降采样观测信号，具体步骤为：

2-1)将基带线性调频回波信号x(t)与设置的随机调制序列信号pc(t)相乘，得到随机解调的毫米波回波信号x'(t)；随机调制序列信号pc(t)按照下式获得：

2-2)对随机解调的毫米波回波信号x'(t)进行低通滤波处理，得出低通滤波后的毫米波雷达信号；

2-3)对低通滤波后的毫米波雷达信号过a/d采样，得到降采样观测信号；

步骤2-1)中，pc(t)有50％的概率为1，有50％的概率为-1，随机调制序列信号pc(t)在±1之间变化；随机调制序列信号pc(t)的变化速率w大于等于基带线性调频回波信号x(t)的nyquist采样速率，这样做的目的是为了将x(t)的频域信息扩展到整个频谱，使得它不会被接下来的处理破坏掉。

其中：将a/d采样的速率表示为r，则基带线性调频回波信号x(t)进行降采样处理时的降采样速率k＝w/r；在降采样观测信号中，第m个观测值y(m)为：

其中，t＝m/r，h(t)表示低通滤波器的系统函数，表示进行积分运算；

低通滤波的带宽b与a/d采样的速率r满足以下关系：b≤r/2。

3)对降采样观测信号进行稀疏重构得到目标散射点的距离像：

具体步骤为：

3-1)将整个毫米波雷达的观测区间划分为n个距离单元，将毫米波雷达的观测区间内第n个距离单元的目标散射系数表示为αn，αn为待求值，n取1至n；用矢量α表示位于不同距离单元的散射中心：

α＝[α1α2…αn]^t

其中，上标t表示矩阵或向量的共轭转置；

根据毫米波雷达发射信号的包络建立稀疏基ψ：

其中，稀疏基ψ的第n列为ψn(t)，ψn(t)是大小为m×1的矢量，m为自然数；

将基带线性调频回波信号x(t)按照以下公式进行稀疏表示：

x(t)＝ψα+nr(t)

其中，nr(t)表示设定的接收机噪声；

3-2)根据降采样观测信号，对稀疏表示的基带线性调频回波信号进行重构，得出目标散射点的距离像。

步骤3)中，根据降采样观测信号，采用稀疏贝叶斯算法对稀疏表示的基带线性调频回波信号进行重构。

与现有技术相比，本实施例的有益效果在于：

1)本发明预调制aic引入到毫米波雷达距离高分辨成像方法中，解决了现有技术中毫米波雷达的回波信号带宽过大导致的超大数据量的问题，克服了超大数据采集、存储和传输较难的缺点，使得本发明明显减小了大带宽信号对雷达成像带来的不利影响；

2)采用对基于预调制aic降采样的毫米波雷达回波进行稀疏重构的方法对雷达回波信号进行距离高分辨成像，克服了现有技术中处理对毫米波雷达回波距离高分辨成像较难的缺点，使得本发明的方法明显提高了成像分辨率。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。