基于频率分集阵列的雷达目标成像方法
【技术领域】
[000? ]本发明属于阵列信号处理领域，具体涉及一种基于频率分集阵列（Frequency Diverse Array，FDA)的雷达目标成像方法。
【背景技术】
[0002] 频率分集阵列相对于普通均匀线阵最大的区别是相邻两个阵元之间有一个远小 于基准载频的频率偏置。这使得它的波束方向图不仅与角度有关，且依赖于距离和时间，这 在雷达目标探测成像中有很大的应用前景。
[0003] 雷达成像技术在军事和民用领域都有广泛的应用需求。传统的雷达成像技术有合 成孔径雷达、相控阵雷达实孔径成像等，它们都通过发射宽带信号或脉冲压缩信号来获得 距离向的高分辨率。而由于频率分集阵列波束方向图依赖于距离和角度，通过相关方法各 阵元只需发射窄带信号即可实现雷达目标定位成像。目前，FDA雷达成像方法多是在各阵元 单发单收模式下，采用多个Π )Α子阵或用频率分集阵列与相控阵联合收发的方式提取出目 标距离和角度信息进行定位和成像，实现方式较为复杂。
【发明内容】
[0004] 本发明所要解决的技术问题是FDA天线单发单收模式下回波响应距离和角度耦合 的问题，提供一种基于频率分集阵列的雷达目标成像方法。
[0005] 为解决上述问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
[0006] 基于频率分集阵列的雷达目标成像方法，包括以下步骤：
[0007] 步骤1，构造单发单收的频率分集阵列；
[0008] 步骤2,利用频率分集阵列发射信号对成像区域进行扫描；
[0009] 步骤3,将成像区域按距离和角度划分网格点，对成像区域中任意一个网格点进行 时延补偿，得到频率分集阵列的各个阵元关于该网格点处的回波幅值；
[0010] 步骤4,将频率分集阵列的所有阵元处的回波幅值进行叠加，得出该频率分集阵列 关于该网格点处的总的回波响应；
[0011] 步骤5，改变频率分集阵列的频率偏置，重复步骤2到步骤4，得出当前频率偏置下 频率分集阵列关于该网格点处的总的回波响应；
[0012] 步骤6,重复M-2次步骤5,并将所有Μ个回波响应取模后进行叠加，即可得出该网格 点处的像素值;遍历成像区域，计算出成像区域所有网格点的像素值，即可完成目标成像； 其中Μ为设定的频率偏置的个数。
[0013] 步骤1中，所构造的频率分集阵列的各个阵元仅接收自身发出的信号。
[0014] 步骤1中，所构造的频率分集阵列的每个阵元的发射频率依次线性增加，第η个阵 元发射信号的载频fn为：
[0015] fn=f〇+nAfi η = 0，1，···，Ν_1
[0016] 式中，fQ为频率分集阵列的基准载频，Λ??为频率分集阵列的初始频率偏置，Ν为频 率分集阵列的阵元个数。
[0017]步骤3中，对成像区域中任意一个网格点q进行时延补偿，该网格点q的位置为(Rq， qq)，得出第η个阵元关于网格点q处的回波幅值ri,n(Rq，q q)为：
[0019] 式中，fn为第η个阵元发射信号的载频，η = 0，1，…，N-1，N为该频率分集阵列的阵 元个数，qP为观测目标点与频率分集阵列的参考阵元的法向夹角，心为观测目标点与频率分 集阵列的参考阵元的距离，q q为网格点q与频率分集阵列的参考阵元的法向夹角，Rq为网格 点q与频率分集阵列的参考阵元的距离，c为光速，d为频率分集阵列的阵元间隔。
[0020] 步骤4中，将频率分集阵列所有N个阵元处的回波幅值进行叠加，得出频率分集阵 列关于网格点(Rq，q q)处的总的回波响应n(Rq，qq)为；
[0021]
[0022] 式中，fQ为频率分集阵列的基准载频，Λ??为频率分集阵列的初始频率偏置，qPS 观测目标点与频率分集阵列的参考阵元的法向夹角，RP为观测目标点与频率分集阵列的参 考阵元的距离，q q为网格点与频率分集阵列的参考阵元的法向夹角，Rq为网格点与频率分集 阵列的参考阵元的距离，c为光速，d为频率分集阵列的阵元间隔，η = 0，1，…，N_1，N为该频 率分集阵列的阵元个数。
[0023] 与现有技术相比，本发明的有益效果为：
[0024] 1)本发明利用Π)Α雷达回波距离-角度依赖的特点，实现了 Π)Α雷达各阵元单发单 收机制下信号回波距离、角度解耦，从而直接对FDA雷达目标定位成像；
[0025] 2)本发明用信号叠加的方法实现二维成像较现有方法更为简单，易于实现。
【附图说明】
[0026] 图1为FDA阵列结构图。
[0027] 图2为本发明成像场景图。
[0028] 图3为仅采用一组频偏时单目标成像结果图。
[0029] 图4为采用两组频偏时单目标成像结果图。
[0030] 图5为采用22组频偏时单目标成像结果图。
[0031 ]图6为采用两组频偏时多目标成像结果图。
[0032] 图7为采用22组频偏时多目标成像结果图。
【具体实施方式】
[0033] -种基于频率分集阵列的雷达目标成像方法，其具体实施步骤如下：
[0034] 步骤1，在所述基于频率分集阵列的雷达中，构造单发单收频率分集阵列的阵列结 构模型，如图1所示，该频率分集阵列的基准载频为f Q，该频率分集阵列的初始频率偏置为 ，该频率分集阵列的阵元间隔为d，该频率分集阵列为具有N个阵元的均匀线阵。
[0035] FDA雷达天线阵列每个阵元的发射频率依次线性增加，阵列第η个阵元发射信号的 载频fn表示为：
[0036] fn=fo+nAfi η = 0，1，···，Ν_1
[0037] 步骤2,利用步骤1所述频率分集阵列发射信号对成像区域进行扫描，当频率偏置 为Afi时第η个阵元的发射信号为si,n(t)，接收信号为；ri, n(t)，η = 0,1，2,…，N-1，t表示时 间变量。
[0038]其具体子步骤为：
[0039]用所述频率分集阵列发射窄带信号，则FDA第η个阵元发射的信号sn(t)可简单表 示为一个复指数函数：
[0040] Sl,n(t) =exp{ j23Tfnt}
[0041] 对于远场成像区域中的一个观测目标点p，其沿阵列射线的法向夹角为qP，与参考 阵元的距离为RP。观测目标点P即为成像目标所在位置，办和心在整个成像过程中为固定量， 其包含在所接收到的回波信号中。则第η个阵元的回波信号时延为：
[0043]利用所述频率分集阵列接收远场目标回波信号，第η个阵元接收到的回波信号为：
[0045] 步骤3,将成像区域按距离和角度划分网格点，对成像区域中任意一点q进行时延 补偿，其位置处于(Rq，q q)。得到所述阵列第η个阵元关于点q处的回波幅值ri,n(Rq，q q)。网格 点q即为成像网格中的任意一点，其qq和Rq在整个成像过程中为遍历量。
[0046] 其具体子步骤为：
[0047]将成像区域按距离和角度划分网格点，如图2所示，对于成像区域中任意一点(Rq， qq)，其与FDA第η个阵元的距离为Rq-ndsinqq，求得双程时延：
[0049]对每个阵元回波进行时延补偿，可得出FDA第η个阵元关于点(Rq，qq)处的回波幅值 ri,n(Rq , qq)：
[0051]步骤4,将所述阵列所有N个阵元处的回波幅值进行叠