一种基于ofdm波形的单频网外辐射源雷达成像方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于外辐射源雷达目标探测技术领域，尤其涉及一种基于0FDM波形的单 频网数字广播电视信号的外辐射源雷达成像方法。
【背景技术】
[0002] 外辐射源雷达是一种利用第三方发射的电磁信号进行目标探测的双/多基地雷 达系统。因其具有研制和维护成本低、反隐身、抗摧毁能力强等诸多优势，近年来逐渐受到 人们重视并成为新体制雷达的研宄重点。国内外已成功研制了多种原理性验证系统，获得 了大量实测数据，外辐射源雷达基础理论与关键技术取得了突破性进展。在万显荣的论文 (基于低频段数字广播电视信号的外辐射源雷达发展现状与趋势，雷达学报，2012, Vol. 1， No. 2, pp. 1-15)中对低频段（HF/VHF/UHF)数字广播电视信号外辐射源雷达的发展现状和 趋势进行了详细的论述。
[0003] 随着外辐射源雷达理论研宄不断深入，其功能也不断得到扩展，近年来研宄利用 外辐射源进行非合作目标成像吸引了众多研宄者的兴趣。目前较为成熟的外辐射源雷达系 统大多采用单发单收的双基几何配置。在双基配置下，由于通常利用的外辐射源一般是商 用广播或电视发射信号，其带宽较窄，从而导致图像距离分辨率严重不足。其次，外辐射源 雷达工作频段较低，对于方位上的分辩需要更大的相干积累角，这在实际应用中通常难以 满足。
[0004] 新一代数字广播电视广泛采用两项关键技术，即正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplex, OFDM)技术和单频网（Single Frequency Network, SFN) 技术。OFDM技术是一种特殊的多载波传输方案，其核心思想是将给定信道划分为多个正交 的子信道，每个子信道用一个子载波进行传输，并且所有子载波采用并行传输，因而具有频 谱利用率高、抗多径衰弱能力强等优点。0FDM波形由于存在多个正交的子载波，因此允许对 每一个子载波单独进行层析成像，从而最大限度的利用0FDM提供的频率分集。
[0005] SFN技术指的是若干个发射台同时在同一频段发射相同信号，以实现对一定服务 区的可靠覆盖。SFN最突出的优点在于其频谱资源利用效率的提高。作为外辐射源雷达 的一种重要的机会照射源，在万显荣的论文（单频网分布式外辐射源雷达技术，雷达学报， 2014, Vol. 3, No. 6, pp. 623-631)中明确提出了单频网分布式外辐射源雷达的概念，论述了 该体制雷达的主要特性及面临的核心问题并对其应用前景进行了展望。在SFN配置下，布 置一个或多个接收站即可构成多发一收或多发多收探测系统，因此基于SFN照射源的外辐 射源雷达必然是分布式和网络化的。分布式多传感网络提供了诸多优势，由于各个发射站 照射目标的角度不同，回波样本在波数域的覆盖范围将大大扩展，从而可显著提高成像性 能。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的是在实现传统外辐射源雷达的目标检测、跟踪功能以外，充分利用 现代数字广播电视信号的特点，提出一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法， 该方法使得外辐射源雷达成像性能显著提高，从而为进一步研宄利用外辐射源雷达进行非 合作目标识别奠定基础。
[0007] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
[0008] 本发明提出的一种基于0FDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法，其所利用的 机会照射源采用两项关键技术，即0FDM技术和SFN技术。0FDM的多载波结构允许对每一个 子载波分别进行层析成像，从而可最大限度的利用0FDM提供的频率分集；SFN中各个发射 站照射目标的角度不同，回波样本在波数域的覆盖将大大扩展，从而可显著提高成像性能。
[0009] 所述一种基于0FDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法，主要包括以下步骤：
[0010] 步骤1，对0FDM信号进行正交解调以获取每一个子载波数据。
[0011] 步骤2,对解调出的每一个子载波分别进行层析成像并对所有子载波成像结果进 行相干融合以得到单个双基对目标图像。
[0012] 步骤3,对所有双基对目标图像进行融合以获取最终高分辨目标图像。
[0013] 所述对0FDM信号进行正交解调以获取每一个子载波数据，其特征在于，包括以下 子步骤：
[0014] 步骤1. 1，对接收到的第m个发射站信号进行分段，对第i段信号首先去除循环前 缀再进行傅里叶变换得到，
[0015] Sji，k)=工工 〇(X，y)dkT exp(_j2Jr(fc+k A f)tmn)dxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0016] 其中〇 (x，y)为目标反射率函数，dk是分配给每一个子载波的数据符号，T表示 0FDM符号有效数据体持续时间，f。是载频，A f是子载波间隔，t_是第m个双基对时延，N 表示子载波个数。
[0017] 步骤1. 2,在接收端恢复出原始的数据符号dk。
[0018] 步骤1. 3,将S"(i，k)与原始数据符号dk的共轭进行相乘得到，
[0019]Sji，k) = / / 〇(X，y)CT exp(_j2Jr(fc+k A f)tJdxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0020] 其中<必为常数。
[0021] 所述对解调出的每一个子载波分别进行层析成像并对所有子载波成像结果进行 相干融合以得到单个双基对目标图像，其特征在于，包括以下子步骤：
[0022] 步骤2. 1，去除S"(i，k)中与成像无关的固定项并通过变量代换得到，
[0023] Sji，k) = J"〇(X，y)exp(j2Jr(xkx+yky))dxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0024] 其中x、y为目标散射点坐标，^^(sii^+d + sinp +A))、W(cos(0+ i) +cos(0+朽)） 为波数，为第k个子载波波长，0为目标转动角度，A和％分别为发射站和接收站方位 角。
[0025] 步骤 2. 2,令
_，则夂=2/f1 sin(a)，& = cos(?)，于 是Smn(i，k)可改与为，
[0027] 将kx、ky的表达式代入#⑷中得，
[0029] 步骤2. 3,对C(UV)进行傅里叶变换得到，
[0031] 步骤2. 4,将〇 (x，y)转换为极坐标格式即得到对应于第m个发射站的第k个子载 波的目标图像为，
[0032]
[0033] 其中巧,丨(《)为，
[0034]
[0035] 于是得到第m个双基对目标图像为，
[0036]
[0037] 所述对所有双基对目标图像进行融合以获取最终高分辨目标图像，其特征在于， 通过以下表达式实现：
[0038]
[0039] 与现有技术相比，本发明除具备常规外辐射源雷达的低成本、抗干扰能力强、隐蔽 性好、电磁兼容性好等一般优势外，还因充分结合现代数字广播电视信号的特性呈现出新 特点：
[0040] 1)本发明的方法对0FDM波形每一个子载波进行层析成像，最大限度的利用0FDM 提供的频率分集，从而有利于成像分辨率的提尚；
[0041] 2)单频网中各个发射站照射目标的角度不同，回波样本的波数域覆盖范围将大大 扩展，从而进一步提尚成像性能；
[0042] 3)本发明的方法使得现代数字广播电视信号在提高目标成像分辨率方面的优势 得以发挥；
[0043] 4)单频网配置下，布置一个接收站即可构成多发一收探测系统，且接收机只需工 作于一个频带，因此接收系统相对于多频网得到简化。
【附图说明】
[0044] 图1为本发明实施例中0FDM信号结构图。
[0045] 图2为本发明实施例中单频网外辐射源雷达收发站布局图。
[0046] 图3为本发明成像方案处理流程图。
[0047] 图4为本发明实施例中目标散射点模型。
[0048] 图5-1为本发明实施例中发射站位置为仍=1〇°、％=25°、外=-15°，接收站位置 为口 = 〇°，目标转动角度0 =13°时成像结果。
[0049] 图5-2为本发明实施例中发射站位置为约=1〇°、％=25°、朽=-1 5°，接收站位置 为p = ，目标转动角度0 = 18°时成像结果。
[0050] 图6-1为本发明实施例中发射站位置为奶=10°、％二25°、％ =-15°、=-30°， 接收站位置为P = 目标转动角度0 =13°时成像结果。
[0051] 图6-2为本发明实施例中发射站位置为仍=10' % =25°、=-15fl、％ z-3011， 接收站位置为P = 〇°，目标转动角度0 =18°时成像结果。
【具体实施方式】
[0052] 下面以具体实施例结合附图对本发明作进一步说明。
[0053] 图1为本发明实施例中0FDM信号结构图。设发射的第i个0FDM多载波信号形式 为：
[0055] 其中N是子载波个数，t表示时间，dn是分配给每个子信道的数据符号，A f是相 邻子载波之间的频率间隔，满足OFDM子载波正交条件，A f = 1/T，T为OFDM符号有效数据 体持续时间。如图1所示，广