播信号通常采用连续波发射并具有周期1'(|=1^+1'，1 〇)为循环 前缀持续时间。因此发射信号可表示为，
[0057] 其中fc为载频。
[0058] 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。为了简化起见，研 宄对象选取二维平面目标，发射源和接收机也分布于该二维平面上。如图2所示，成像系 统由多个发射源和一个接收机构成，以目标中心为坐标原点建立坐标系，并规定y轴正半 轴为零度，逆时针为正。设第111个发射站7；(;;"，％,)位置矢量为》；1=^ 1〇?%，(；08&)(111 = 1，2, . . .，M，M为发射站数目），仏为发射站方位角，任意位置接收机見(r"，％)位置矢量为 rn =rn(sim(pn,Q〇^(pn),朽为接收站方位角，目标上某散射点位置矢量为r = 〃(.、'/哪，cosy?)。对 于分布式目标，设目标的散射函数为〇 (x，y)，则发射源Tm发射的信号经目标散射后被接收 机Rn接收到的回波基带信号为，
[0060] 其中Tmn为双基时延，在远场近似下，其表达式为，
[0061]
[0062] 0为目标转动角度，c为光速。
[0063] 图3为本发明成像方案处理流程图。具体实施步骤为：
[0064] 步骤1，对0FDM信号进行正交解调以获取每一个子载波数据。其具体实现包括以 下子步骤：
[0065] 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，
[0066]Sji，k) = / / 〇 (X，y)dkTexp(_j2 Jr (fc+k A f)tmn)dxdy，k = 0, 1，? ??，N-1。
[0067] 步骤1. 2,在接收端恢复出原始的数据符号dk。
[0068] 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，
[0069] Sji，k) = / / 〇(X，y)CTexp(_j2Jr(fc+k A f)tJdxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0070] 其中(：=4，<为常数。
[0071] 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。其具体实现包括以下子步骤：
[0072] 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，
[0073] Sji，k) = / /〇(X，y)exp(j2Jr(xkx+yky))dxdy，k = 0, 1，? ? ?，N-1，
[0074] 其中 x、y 为目标散射点坐标，KXe + d + sinp十代)）、K(cos(^+t)+cos(0 +炉")) 为波数，Ak为第k个子载波波长，0为目标转动角度。
[0075] 步骤2. 2,令
于 是Smn(i，k)可改与为，
[0077] 将kx、ky的表达式代入欠;丨⑷中得，
[0079] 步骤2. 3,对进行傅里叶变换得到，
[0081] 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，
[0082]
[0083] 其中巧：(《)为，
[0084]
[0085] 于是得到第m个双基对目标图像为，
[0086]
[0087] 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，其特征在 于，通过以下表达式实现：
[0088]
[0089] 图4为本发明实施例中目标散射点模型。该模型由9个散射点组成，其长度为14m， 宽为10m。
[0090] 图5-1为本发明实施例中发射站位置为只=1〇°、％=25°、15°，接收站位置 为?> = 〇°，目标转动角度0 =13°时成像结果。可见当发射站数目为3,目标转角为13° 时，目标轮廓已清晰可见，但散射中心旁瓣有一定展宽。
[0091] 图5-2为本发明实施例中发射站位置为仍=1〇°、％=25°、接收站位置 为供=〇°，目标转动角度0 =18°时成像结果。可见当目标转角增大到18°时，散射中心 旁瓣水平略有降低。
[0092] 图6-1为本发明实施例中发射站位置为只=1〇°、％ = 25°、％ = -15°、％ = -30°，接 收站位置为P = ，目标转动角度0 = 13°时成像结果。当发射站个数增加时，回波样本波 数域覆盖范围得到扩展，图像分辨率有大幅提高。
[0093] 图6-2为本发明实施例中发射站位置为奶=10°、供2 = 25°、奶二-15°、％ = -30°，接收 站位置为^ = 〇°，目标转动角度0 =18°时成像结果。此时，散射中心旁瓣水平有了极大 的降低，图像分辩率显著提高。
[0094] 本发明实施例中的仿真数据分析证明了本发明方法的有效性。
[0095] 本发明中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术 领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式 替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。
【主权项】
1. 一种基于OFDM波形的单频网外福射源雷达成像方法，其特征在于：利用OFDM波形 的单频网数字广播电视信号作为机会照射源来进行目标成像，OFDM波形的多载波结构允 许对每一个子载波分别进行层析成像；单频网中各个发射站照射目标的角度不同，多基拓 扑结构能大大提高回波样本在波数域的覆盖范围，从而显著提高成像性能。2. 根据权利要求1所述的一种基于OFDM波形的单频网外福射源雷达成像方法，其特征 在于，包括W下步骤： 步骤1，对(FDM信号进行正交解调W获取每一个子载波数据； 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W得到单个双基对目标图像； 步骤3,对所有双基对目标图像进行融合W获取最终高分辨目标图像。3. 根据权利要求2所述的一种基于OFDM波形的单频网外福射源雷达成像方法，其特征 在于，步骤1所述对OFDM信号进行正交解调W获取每一个子载波数据，包括W下子步骤： 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， S"(i,k)=/I〇(x,y)djexp(-j2jt(f,+kAf)tJdxdy,k=0,1, . . . ,N-1, 其中0 (x，y)为目标散射函数，dk是分配给每一个子载波的数据符号，T表示OFDM符 号有效数据体持续时间，f。是载频，Af是子载波间隔，Tm。是第m个双基对时延，N表示子 载波个数； 步骤1. 2,在接收端恢复出原始的数据符号dk; 步骤1. 3,将Sm"(i，k)与原始数据符号dk的共辆进行相乘得到， S"(i,k)=/I〇(x,y)CTexp(-j2jt(f,+kAf)tJdxdy,k=0,1, . . . ,N-1, 其中r=为常数。4. 根据权利要求3所述的一种基于OFDM波形的单频网外福射源雷达成像方法，其特征 在于，步骤2所述对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，包括W下子步骤： 步骤2. 1，去除Sm"(i，k)中与成像无关的固定项并通过变量代换得到， S"(i,k) = // 0 (x,y)exp(j2 31 (xk^+yky))dxdy,k=0,1, . . . ,N-1, 其中x、y为目标散射点坐标，为波 数，为第k个子载波波长，0为目标转动角度，0，巧口。分别为发射站和接收站方位角； 步骤 2. 2,令，则 = 2扭sin(?)，、= 2记1cos(a)， 于是Sm"(i，k)可改写为，步骤2. 3,对进行傅里叶变换得到，步骤2.4,将0 (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，于是得到第m个双基对目标图像为，5.根据权利要求4所述的一种基于OFDM波形的单频网外福射源雷达成像方法，其特征 在于，步骤3所述对所有双基对目标图像进行融合W获取最终高分辨目标图像，通过W下 表达式实现：
【专利摘要】本发明公开了一种基于OFDM波形的单频网外辐射源雷达成像方法。OFDM波形由于各个子载波之间存在正交性，因此可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OFDM 所提供的频率分集。SFN（Single Frequency Network）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范围将大大扩展，从而显著的提高成像性能。本发明的方法首先解调出每一个子载波；接着对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；最后将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。本发明的方法充分利用现代数字广播电视信号的多载波结构及其单频网，具有成像分辨率高、频谱资源节约，硬件节约等优点。
【IPC分类】G01S13/00, G01S13/89, H04N21/2383, G01S7/42
【公开号】CN104931964
【申请号】CN201510355687
【发明人】万显荣, 夏鹏, 易建新
【申请人】武汉大学
【公开日】2015年9月23日
【申请日】2015年6月24日