基于预调制aic的太赫兹雷达成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于雷达成像技术领域，更进一步涉及雷达技术领域中的一种基于预调制 AIC(模拟信息转换器）的太赫兹雷达高分辨距离成像方法。本发明采用预调制AIC降采样 结构实现太赫兹雷达系统中的雷达回波的降采样处理，以解决太赫兹雷达中的超大数据的 采集、存储和传输等问题，降低太赫兹雷达系统的复杂度和成本，便于实现太赫兹雷达信号 处理和距离高分辨成像。
【背景技术】
[0002] 太赫兹波是介于毫米波和红外光之间的电磁波（频率是0.ITHz到10THZ)，也是最 后一个人类尚未完全认知和利用的频段。太赫兹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，太赫兹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。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，解决了太赫兹雷达中的超大数据的采集、存储和传输 等问题，降低太赫兹雷达系统的复杂度和成本。因此用预调制AIC压缩采样结构能够用来 解决太赫兹雷达逆合成孔径成像系统中的超大数据量的诸多难题，这对太赫兹雷达逆合成 孔径成像系统来说具有重大的研宄意义。
[0003] 现有技术中的太赫兹雷达系统和成像方法存在以下不足：对于大带宽的太赫兹雷 达信号的数据采样、存储以及传输并未涉及如何处理，并且所带来的太赫兹雷达系统的复 杂度和成本也是极高的。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提出基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法，本发明对太赫兹 雷达系统中大带宽信号进行降采样处理实现稀疏重构出目标的高分辨距离像。
[0005] 为实现上述技术目的，本发明采用如下技术方案予以实现。
[0006] 基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法包括以下步骤：
[0007] 步骤1，利用太赫兹雷达向外发射信号，利用太赫兹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；
[0008] 步骤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；
[0009] 步骤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。
[0010] 本发明的有益效果为：第一，本发明预调制AIC引入到太赫兹雷达距离高分辨成 像方法中，解决了现有技术中太赫兹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。第二，本发明采用对基于预调制AIC降采样的太赫兹雷达回波进行 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太赫兹雷 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】
[0011] 图1为本发明的基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法的流程示意图；
[0012] 图2为本发明实施例的预调制AIC的降采样处理过程示意图。
【具体实施方式】
[0013] 下面结合附图对本发明作进一步说明：
[0014] 参照图1，为本发明的基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法的流程示意图。该基 于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法包括以下步骤：
[0015] 步骤1，利用太赫兹雷达向外发射信号，利用太赫兹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表示时间。
[0016] 步骤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。
[0017] 参照图2,为本发明实施例的预调制AIC的降采样处理过程示意图。步骤2的具体 子步骤为：
[0018] (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pjt)相乘，得 到随机解调的太赫兹回波信号x'（t)。本发明实施例中，随机调制序列信号Pc;(t)按照下式 获得：
[0019]
【主权项】
1. 基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，利用太赫兹雷达向外发射信号，利用太赫兹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； 步骤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； 步骤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。
2. 如权利要求1所述的基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法，其特征在于，所述步骤 2的具体子步骤为： (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 机解调的太赫兹回波信号x'（t) ;pe(t)有50%的概率为1，有50%的概率为-1，随机调制 序列信号Pe(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； (2.2)对随机解调的太赫兹回波信号x'（t)进行低通滤波处理，得出低通滤波后的太 赫兹雷达信号； (2. 3)对低通滤波后的太赫兹雷达信号过A/D采样，得到降采样观测信号。
3. 如权利要求2所述的基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法，其特征在于，在步骤2 中，将A/D采样的速率表示为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，J〇dT表示进行积分运算。
4. 如权利要求2所述的基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法，其特征在于，在步骤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<R/2。
5. 如权利要求1所述的基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法，其特征在于，所述步骤 3的具体子步骤为： (3. 1)将整个太赫兹雷达的观测区间划分为N个距离单元，将太赫兹雷达的观测区间 内第n个距离单元的目标散射系数表示为an，an为待求值，n取1至N;用矢量a表示位 于不同距离单元的散射中心： a= [a1a^…aJT 其中，上标T表示矩阵或向量的共轭转置； 根据太赫兹雷达发射信号的包络建立稀疏基W:
共1T，怖职1整中H、J朱中nU^，中nU^疋人tfJ穴里，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) = ^a+nE (t) 其中，nK(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。
6.如权利要求5所述的基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法，其特征在于，在步骤 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。
【专利摘要】本发明属于雷达成像技术领域，涉及基于预调制AIC的太赫兹雷达成像方法，其具体步骤为：步骤1，利用太赫兹雷达向外发射信号，利用太赫兹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；步骤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；步骤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。
【IPC分类】G01S13-89
【公开号】CN104698456
【申请号】CN201510136897
【发明人】王敏, 牛俊翔, 褚旭
【申请人】西安电子科技大学
【公开日】2015年6月10日
【申请日】2015年3月26日